Oamenii de știință au inventat o nouă tehnologie de calcul care permite mai multor persoane să ruleze programe pe un computer cuantic pentru prima dată.
Numit „Hyperq”, noul sistem este un tip de tehnologie de virtualizare care echilibrează sarcinile de lucru prin împărțirea hardware -ului fizic al unui computer cuantic în mai multe mașini virtuale cuantice izolate (QVMS) care sunt apoi însărcinate de un planificare inteligentă.
Acest planificator funcționează „ca un master tetris player” care împachetează mai multe QVM -uri împreună pentru a rula simultan pe diferite părți ale unei singure mașini, au spus reprezentanții Columbia într -un declaraţie. Rezultatul final este un singur computer cuantic capabil să susțină mai mulți utilizatori care rulează diferite aplicații. Oamenii de știință și -au publicat concluziile în iulie, într -un nou studiu care a apărut în 19 Simpozionul Usenix privind proiectarea și implementarea sistemului de operare (OSDI ’25).
„Hyperq aduce virtualizare în stil cloud la calculul cuantic”, studiul coautor de studiu Jason Nieha spus profesor de informatică la Columbia Engineering, a declarat în declarație. “Permite o singură mașină să ruleze mai multe programe simultan – fără interferențe, fără așteptare la linie.”
Eficiență prin virtualizare
Calculatoarele cuantice tipice bazate pe poartă sunt scumpe în comparație cu omologii lor binari. Conform Date de la Zeitgeist QuantumCosturile de cercetare și dezvoltare pentru un sistem de calcul cuantic la scară mică variază de la 10 milioane USD la 15 milioane dolari. Acest lucru este înainte de a face costurile de întreținere, care sunt estimate la peste un milion de dolari pe an, cu software și dezvoltare de programare în top.
În ciuda dezvoltării ridicate și a costurilor operaționale, majoritatea computerelor cuantice sunt de obicei capabile să susțină Operații cu un singur utilizator Datorită intrinsecului interconectat natura Qubits – Echivalentul cuantic al biturilor de computer clasice – ele cuprind.
Cercetătorii s -au inspirat din tehnologia de virtualizare care alimentează serviciile moderne de cloud computing, cum ar fi Amazon Web Services (AWS) și Microsoft Azure. Într -un mediu clasic de mașină virtuală (VM), un strat de software numit hipervizor sau monitor de mașină virtuală alocă resurse neutilizate VM -urilor individuale care rulează complet independent unul de celălalt.
Cu toate acestea, într -un mediu cuantic, informaticienii trebuie să țină cont de „zgomot” în semnalul cuantic care ar putea propaga în întregul sistem. Hyperq se înconjoară în jurul acestei probleme, izolând fiecare QVM cu un „tampon” de qubits care rămân inactive, negând astfel potențialul de „crosstalk” zgomotos.
“Eforturile anterioare au necesitat compilatori specializați și trebuiau să știe exact ce programe vor derula împreună înainte de timp”, a spus autorul principal al lucrării Runzhou Taofost student la doctorat la Laboratorul de sisteme software din Columbia. “Abordarea noastră funcționează dinamic cu instrumentele de programare cuantice existente, care sunt mult mai flexibile și mai practice pentru utilizarea din lumea reală.”
Multiprogramare dinamică
Programele cuantice se execută de obicei printr -un model previzibil de qubits. Hyperq determină intervalul de timp optim pentru fiecare solicitare de utilizator și alocă resurse atât în timp, cât și în spațiu, determinând ce qubits vor fi necesare pentru fiecare cerere și cât timp vor fi activi, au spus cercetătorii în studiu.
Acest lucru ar putea suna ca o sarcină simplă de planificare simultană, dar sistemele anterioare de gestionare a mașinilor au impus utilizatorilor să se afle în coadă, astfel încât sistemul să poată precompila cererile lor de execuție. Hyperq introduce un concept numit „multiprogramare dinamică”, în care utilizarea este simplificată, cu programe permise să fie compilate independent pentru QVM-uri de dimensiuni diferite.
Echipa și-a testat stratul de software Hyperq pe computerul cuantic Brisbane IBM, un sistem bazat pe poartă de 127 de ani construit pe Chipsetul vulturului. Potrivit cercetării, Hyperq a redus timpii de așteptare medie a utilizatorilor de până la 40 de ori, scăzând timpii de transformare a proiectului de la „zile la doar ore”. De asemenea, a permis până la o creștere de zece ori a numărului de programe cuantice executate.
Mergând mai departe, echipa intenționează să extindă Hyperq pentru a funcționa în gama de arhitecturi cuantice de calcul, inclusiv mașini realizate de producători, altele decât IBM.