AI & computing › Kwantumcomputing & AI-hybrides
SEEQC en Nvidia halveren foutenpercentage in kwantumcomputers met AI-chip
Het Amerikaanse bedrijf SEEQC heeft in simulaties laten zien dat een combinatie van een speciale chip en kunstmatige intelligentie van Nvidia foutcorrectie in kwantumcomputers twee keer zo snel en nauwkeurig maakt. De doorbraak moet kwantumcomputers een stap dichter bij grootschalig, betrouwbaar gebruik brengen.
Kwantumcomputers staan bekend als veelbelovend maar extreem foutgevoelig. De bouwstenen van zo'n computer, qubits, raken voortdurend verstoord door ruis uit hun omgeving. Om toch betrouwbare berekeningen te kunnen doen, moeten die fouten continu worden opgespoord en gecorrigeerd. Dat proces heet foutcorrectie, en het is een van de grootste technische obstakels op weg naar bruikbare kwantumcomputers. Hoe groter de kwantumchip, hoe explosiever de hoeveelheid rekenwerk die nodig is om alle fouten bij te houden.
Chip dicht bij de qubits, AI verder weg
SEEQC, een Amerikaans bedrijf dat chips bouwt voor kwantumcomputers, pakt dat probleem aan met een slimme werkverdeling. Het bedrijf plaatst een eigen 'pre-decoder'-chip vlak bij de kwantumprocessor. Die chip doet een eerste, snelle check van de foutsignalen, vlak bij de bron. Pas de informatie die daarna nog nodig is, wordt doorgestuurd naar krachtigere rekenkracht: grafische chips (GPU's) die draaien op het AI-model Ising van chipmaker Nvidia. De verbinding tussen de twee systemen loopt via NVQLink, een technologie van Nvidia die is gemaakt om kwantumchips en GPU-clusters snel met elkaar te laten communiceren.
Door eerst lokaal te filteren, hoeft er veel minder data over die verbinding te worden gestuurd. Dat scheelt tijd en rekenkracht. In simulaties die realistische vertragingen en schaalgroottes nabootsten, leverde deze combinatie ongeveer 50 procent snellere foutcorrectie op én 50 procent minder resterende fouten, vergeleken met een situatie waarin alleen het Ising-model van Nvidia het werk deed. Omdat de kosten van foutcorrectie exponentieel toenemen naarmate een kwantumcomputer groter wordt, is een verbetering van 50 procent op deze twee punten volgens SEEQC een belangrijke stap om kwantumsystemen op te kunnen schalen.
Volgende stap: testen op echte hardware
De resultaten zijn vooralsnog gebaseerd op simulaties, niet op een werkende kwantumcomputer. SEEQC zegt de volgende stap te zetten door de onderzochte onderdelen daadwerkelijk te integreren in een kwantumprocessor die is aangesloten op krachtige rekencentra (high-performance computing, HPC). Daarmee wil het bedrijf verder onderzoeken hoeveel winst er nog te behalen is op het gebied van schaalbaarheid en foutcorrectie, met het oog op toekomstige toepassingen waarin kwantumcomputers en AI samenwerken.
Topman John Levy van SEEQC noemt de nauwe koppeling tussen kwantumchips en krachtige computersystemen essentieel voor de toekomst van de technologie. Sam Stanwyck, directeur kwantumproducten bij Nvidia, benadrukt dat open AI-modellen zoals Ising en open interfaces zoals NVQLink het voor bedrijven als SEEQC mogelijk maken om hardware-ontwikkeling te versnellen met AI en GPU-rekenkracht.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Foutcorrectie is de grootste hindernis tussen de kwantumcomputers van nu en de echt bruikbare, foutbestendige kwantumcomputers van de toekomst. Een combinatie van gespecialiseerde chips dicht bij de qubits en AI-rekenkracht erbuiten kan die hindernis kleiner maken, wat kwantumcomputers sneller schaalbaar en praktischer maakt voor toepassingen zoals geneesmiddelenonderzoek, materiaalontwerp en complexe AI-taken.
- Qubit
- De basiseenheid van informatie in een kwantumcomputer, vergelijkbaar met een bit in een gewone computer, maar veel gevoeliger voor verstoringen.
- Foutcorrectie
- Het proces waarmee een kwantumcomputer fouten in qubits continu opspoort en herstelt, nodig omdat qubits van nature instabiel zijn.
- Decoderen
- Het analyseren van foutsignalen om te bepalen welke correctie nodig is; dit moet razendsnel gebeuren terwijl de computer rekent.
- Pre-decoder
- Een chip die vlak bij de kwantumprocessor een eerste, snelle voorbewerking van foutsignalen doet voordat zwaardere berekeningen volgen.
- Logische foutenratio
- Een maat voor hoe vaak een kwantumcomputer, ondanks foutcorrectie, nog steeds een fout maakt; hoe lager, hoe betrouwbaarder het systeem.
- GPU
- Grafische chip, oorspronkelijk voor beeldbewerking, nu veel gebruikt om AI-berekeningen snel uit te voeren.
- NVQLink
- Een technologie van Nvidia die een snelle verbinding maakt tussen kwantumprocessoren en GPU-gebaseerde rekensystemen.
- Ising (AI-model)
- Een open AI-model van Nvidia dat wordt ingezet om foutcorrectie in kwantumcomputers te versnellen.
- Fault-tolerant kwantumcomputer
- Een kwantumcomputer die ondanks onvermijdelijke fouten toch betrouwbaar grote, nuttige berekeningen kan uitvoeren.
- High-performance computing (HPC)
- Zeer krachtige rekeninfrastructuur die wordt gebruikt om complexe berekeningen, zoals foutcorrectie, snel te verwerken.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
