Dell Rompe a Barreira da Latência em Computação Quântica com NVIDIA

Aqui está a tradução do artigo técnico para português brasileiro, mantendo os termos técnicos em inglês quando apropriado e seguindo as suas instruções específicas:

Principais Conclusões:

• A infraestrutura PowerEdge da Dell atingiu latência abaixo de quatro microssegundos na plataforma NVQLink da Nvidia.
• Testes independentes de parceiros validaram o desempenho em fluxos de trabalho quânticos reais.
• A velocidade permite correção de erros em tempo real, circuitos dinâmicos e computação quântica tolerante a falhas.

A computação quântica tem um problema de tempo. Para que os processadores quânticos cumpram sua promessa, eles precisam de sistemas de computação clássicos que possam responder em microssegundos, não milissegundos (pense em 1.000 vezes mais rápido). Se perderem essa janela, os qubits se decoerem, a correção de erros falha e a vantagem quântica desaparece.

A Dell, em parceria com a NVIDIA, acaba de provar que pode atingir essa janela de forma consistente. Demonstramos e validamos uma latência média abaixo de quatro microssegundos entre servidores Dell PowerEdge e FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays) usando a plataforma NVIDIA NVQLink. Isso é rápido o suficiente para detectar e corrigir erros quânticos em tempo real, executar circuitos dinâmicos com lógica clássica dentro de processadores quânticos baseados em gates, e tornar a computação quântica tolerante a falhas realmente viável.

Por que isso importa agora

A computação quântica tem estado em um dilema. Para resolver problemas que os sistemas clássicos não conseguem lidar, você precisa de processadores quânticos tolerantes a falhas. Para construir processadores quânticos tolerantes a falhas, você precisa de uma infraestrutura clássica rápida o suficiente para corrigir erros em tempo real. Sem essa infraestrutura, a computação quântica permanece no laboratório.

A latência abaixo de quatro microssegundos quebra esse ciclo. As organizações agora podem implantar sistemas quânticos que realmente funcionam em escala. A mesma infraestrutura Dell que serve como host em tempo real para operações quânticas também pode executar emulação quântica e workloads de machine learning. Isso significa que as empresas podem começar a explorar casos de uso quânticos hoje, sem esperar por um hardware quântico perfeito, e depois escalar para a produção quântica à medida que a tecnologia amadurece.

As organizações que estão se movendo primeiro não estão esperando que a computação quântica esteja pronta. Elas estão construindo a infraestrutura que a torna pronta para elas.

Por que a latência é o desafio decisivo da computação quântica

Os processadores quânticos são extraordinariamente frágeis. Os qubits perdem seu estado quântico em microssegundos através de um processo chamado decoerência. Para construir computadores quânticos úteis, você precisa detectar erros e aplicar correções mais rapidamente do que a decoerência acontece, calibrar o sistema continuamente e tomar decisões sobre a próxima operação quântica com base nos resultados de medição da operação atual. Tudo isso requer uma infraestrutura de computação clássica que possa acompanhar as escalas de tempo quânticas.

Até agora, esse tem sido o gargalo. Os sistemas eram muito lentos ou não conseguiam se integrar de forma suficientemente próxima ao hardware de controle quântico. A plataforma NVIDIA NVQLink muda isso, criando uma conexão direta entre o compute da GPU e os FPGAs que comumente controlam os processadores quânticos. A arquitetura usa conexões baseadas em RoCE (RDMA over Converged Ethernet) e se integra à plataforma de software NVIDIA CUDA-Q, trazendo acesso fácil e aberto ao controle quântico para o ecossistema CUDA comprovado que as equipes de AI e HPC já conhecem. No entanto, a plataforma é tão boa quanto a infraestrutura que a executa.

O papel da Dell: Tornando a computação quântica-clássica híbrida uma realidade

Nossa infraestrutura de servidores AI XE9680, XE7745, R7715 e R770 desempenhou o papel de host em tempo real (RTH), juntamente com a API NVIDIA CUDA-Q Realtime, na implantação do NVQLink em nosso laboratório. A latência abaixo de quatro microssegundos que validamos significa que essa infraestrutura pode lidar com as três funções críticas que tornam os processadores quânticos práticos:

• Calibração em tempo real. Os sistemas quânticos sofrem drift. Nossa infraestrutura agora pode detectar esses drifts e aplicar correções continuamente, reduzindo erros nos resultados quânticos e diminuindo a carga operacional para os usuários de computação quântica.
• Circuitos dinâmicos. A lógica clássica, como instruções if e while, agora pode ser executada dentro de processadores quânticos baseados em gates de maneiras que antes não eram possíveis. Isso expande o que os algoritmos quânticos podem fazer.
• Correção de erros quânticos. Nossa infraestrutura HPC pode detectar e corrigir a decoerência de qubits à medida que ela acontece. Este é o caminho para a computação quântica totalmente tolerante a falhas.

Além do papel de Real-Time Host, a infraestrutura de AI da Dell traz capacidades adicionais para ambientes quânticos híbridos. Nossos servidores podem realizar emulação quântica, reduzindo a carga sobre recursos quânticos escassos e melhorando o throughput para todo o stack. Também podemos hospedar modelos customizados de machine learning desenvolvidos pela equipe de Pesquisa Aplicada da Dell, agregando valor antes e depois das execuções de compute quântico, não apenas durante elas.

Máquinas quânticas: Parceiros no tempo

A Quantum Machines (QM), parceira da Dell, usou nossos servidores R7615 para se conectar às suas unidades de processamento de pulso, que trabalham em conjunto para controlar e calibrar três QPUs diferentes em duas arquiteturas distintas. Usando um desses servidores Dell, a QM demonstrou a latência ultrabaixa entre seu OPX1000 PPU e o servidor, simulando efetivamente a detecção de erros quânticos em tempo real. Os resultados validam um sistema de controle de compute clássico em tempo real que utiliza recursos de GPU em um servidor Dell para uma operação de missão crítica.

O que vem a seguir

Nos próximos meses, validaremos a plataforma NVQLink em ofertas adicionais da Dell e a testaremos em implantações co-located com sistemas de controle quântico reais. A computação quântica está passando da pesquisa para a realidade. As organizações que chegarem lá primeiro serão aquelas que resolverem o desafio de integração entre sistemas quânticos e clássicos. A Dell está resolvendo isso na velocidade que a computação quântica exige.

Construindo infraestrutura quântica? Vamos conversar sobre o que a latência de microssegundos de um dígito significa para o seu roadmap.

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Sobre o Autor:

Burns Healy é o Quantum Infrastructure Lead na Dell Technologies. Ele possui um Ph.D. em matemática pela Tufts University. Após um trabalho de pós-doutorado na UW-Milwaukee, ele se juntou ao escritório de pesquisa aplicada da Dell para trabalhar no campo de tecnologias emergentes. Ele é especialista no estudo de hardware e algoritmos quânticos, e em como melhor aproveitar servidores clássicos modernos e infraestrutura HPC com novas tecnologias. Burns possui mais de 65 patentes registradas durante seu tempo na Dell, e recentemente tem trabalhado com a supply chain da Dell para identificar maneiras pelas quais os workflows de compute heterogêneos modernos podem melhorar os resultados para problemas de otimização.