NVIDIA ve Phasecraft, kuantum molekül simülasyonunda 15 kat hız artışı raporladı

dev.to'da yer alan bir habere göre Phasecraft ve NVIDIA, karmaşık fiziksel sistemlerin kuantum simülasyonlarında on beş katlık bir hız artışı duyurdu. Sonuç, Phasecraft'ın donanıma uyumlu kuantum algoritmalarını NVIDIA'nın hızlandırılmış bilgi işlem altyapısıyla birleştiriyor ve şirketler bunu pratik, hataya dayanıklı kuantum bilişime doğru anlamlı bir adım olarak sunuyor.

Çalışma bir kuantum işlemcide değil, klasik donanımda kuantum iş yükleri emüle edilerek yürütüldü. Hesaplamalar, Nottingham Üniversitesi'nde barındırılan, NVIDIA'nın Hopper GPU mimarisi üzerine kurulu sistemlerde çalıştı. Phasecraft, tescilli kuantum destekli Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi (DFT) fonksiyellerini katkı sundu — DFT, atomların ve moleküllerin elektronik yapısını hesaplamak için fizik ve kimyada kullanılan standart bir tekniktir — NVIDIA'nın cuQuantum SDK'sı ise kuantum iş yüklerinin birden çok işlem birimine dağıtımını üstlendi.

Variational Quantum Eigensolver'ın ölçeklendirilmesi

Simülasyonlar 4 ile 32 kübit arasında değişti; en yoğun iş ise 24-28 kübit aralığında yoğunlaştı. Projenin merkezinde, bir molekülün en düşük enerji durumunu arayan hibrit klasik-kuantum algoritma olan Variational Quantum Eigensolver (VQE) yer alıyor; bu bilgi kimyasal tepkimeleri anlamak için merkezi önemdedir. Bu süreci klasik donanımda emüle etmek büyük miktarda bellek ve işlem hızı gerektiriyor; rapora göre bunu Hopper tabanlı sistemler sağladı. dev.to'ya göre on beş katlık kazanç, kübit sayısı arttıkça da korundu — birçok diğer sistemin verimliliğini yitirdiği bir ölçekte.

Kuantum kimyası için bir veri seti

İş birliği ayrıca büyük bir çıktı üretti: 13 moleküler sistemi kapsayan, 3.000'den fazla benzersiz molekül emülasyonundan oluşan bir veri tabanı; VQE yöntemiyle oluşturulmuş bilinen en büyük veri seti olarak tanımlanıyor. Belirtilen amaç eğitim. Daha iyi veriler, DFT fonksiyoneli eğitiminin doğruluğunu artırıyor; bu da gelecekteki molekül simülasyonlarını gerçek dünya fiziksel etkileşimlerine daha sadık kılacak ve araştırmacılara laboratuvarda hangi bileşikleri takip etme konusunda daha fazla güven verecek.

Q4Bio programı

Araştırma, yeni algoritmaların küresel sağlık endüstrisi için kuantum avantajları nasıl sağlayabileceğini soran Wellcome Leap Quantum for Bio (Q4Bio) programı kapsamında yürütüldü. Temel motivasyon ilaç keşfi: geleneksel farmasötik araştırma, yavaş ve pahalı deneme-yanılma yöntemine dayanıyor ve hızlı molekül simülasyonu, aday ilaçların herhangi bir laboratuvar çalışması başlamadan önce insan hücreleriyle nasıl etkileşeceğini modellemenin bir yolunu sunuyor. Rapor, çok cisimli sistemlerin simülasyonuna yönelik aynı tekniklerin malzeme bilimi, enerji depolama ve çevresel araştırmalara da uygulanabileceğine dikkat çekiyor.

Neden önemli

Duyuru, kuantum donanımından çok, sonunda üzerinde çalışacağı yazılım katmanıyla ilgili. Phasecraft'ın açıkladığı strateji, uygulamaları şimdilik mevcut en iyi klasik sistemlerde kurmak ve stres testinden geçirmek; böylece hataya dayanıklı kuantum bilgisayarlar geldiğinde yazılımın olgun olması ve darboğaz haline gelmemesi. Emüle edilmiş iş yüklerinde, 32 kübite kadar sürdürülen on beş katlık hız artışı, GPU hızlandırmalı emülasyonun geçici bir çözüm değil, bugün geçerli bir araştırma platformu olduğunu gösteriyor.

Veri seti, hız artışından bağımsız olarak da önemli. 13 moleküler sistem boyunca 3.000'den fazla VQE emülasyonundan oluşan bir külliyat, diğer araştırmacılara hem bir kıyaslama noktası hem de bir eğitim temeli sağlıyor; bu da alan genelinde simülasyon doğruluğundaki iyileşmeleri katlayabilir. Özellikle farmasötik çalışmalar için, aday bileşiklerin daha hızlı taranması, erken aşama araştırmanın ekonomisini değiştiriyor.

Bir uyarı: rakamlar, şirketlerin duyurusunu özetleyen dev.to'daki tek bir rapordan geliyor ve kıyaslama metodolojisi burada bağımsız olarak doğrulanmadı.