Kvantové počítanie sa rýchlo posúva z teoretického výskumu do praktických experimentov. Reálny prístup ku kvantovým procesorom je však stále obmedzený, a preto zohrávajú simulácie kvantových obvodov na GPU kľúčovú úlohu pri vývoji algoritmov a testovaní nových prístupov. Výpočtové stredisko SAV sprístupňuje na superpočítači Devana moderné nástroje pre kvantové simulácie: CUDA-Q a cuQuantum, ktoré umožňujú vysoko výkonné simulácie kvantových systémov pomocou GPU akcelerátorov.
Tieto nástroje otvárajú výskumníkom nové možnosti v oblasti kvantových algoritmov, hybridných výpočtov a kvantovo-inšpirovaných metód.
CUDA-Q: hybridná platforma pre kvantovo-klasické výpočty
CUDA-Q je open-source platforma pre vývoj hybridných kvantovo-klasických aplikácií a na našich systémoch je dostupná ako kontajnerizovaná aplikácia. Umožňuje programovať kvantové algoritmy v jazykoch Python alebo C++ a spúšťať ich na rôznych backendoch — od simulátorov bežiacich na GPU až po reálne kvantové zariadenia (ak sú dostupné).
Na Devane môžu používatelia pomocou CUDA-Q efektívne simulovať veľké kvantové obvody s využitím GPU akcelerácie, čo prináša výrazné zrýchlenie oproti CPU simuláciám a umožňuje škálovanie na viac GPU.
Typické využitia zahŕňajú:
- optimalizačné úlohy,
- štúdium kvantovej korekcie chýb,
- simulácie kvantovej dynamiky,
- vývoj kvantovo-inšpirovaných algoritmov.
cuQuantum: vysokovýkonné knižnice pre kvantové simulácie
cuQuantum je softvérový balík od NVIDIA obsahujúci optimalizované knižnice pre simuláciu kvantových obvodov na GPU. Ide o nízkoúrovňové výpočtové jadro, ktoré využíva paralelizmus GPU a Tensor Cores pre maximálny výkon.
Tieto knižnice umožňujú simulovať zložitejšie kvantové systémy, než by bolo možné na klasickom CPU, a sú integrované do moderných kvantových vývojových nástrojov vrátane CUDA-Q.
Prečo je GPU simulácia kvantových obvodov dôležitá
Simulácia kvantových systémov rastie exponenciálne s počtom qubitov. GPU architektúra — s tisíckami paralelných výpočtových jednotiek a vysokou priepustnosťou pamäte — je ideálna na tento typ úloh.
GPU akcelerované simulácie na Devane umožňujú:
- testovať kvantové algoritmy vo veľkom meradle,
- pripravovať hybridné workflow pred nasadením na reálny kvantový hardware,
- experimentovať s kvantovo-inšpirovanými metódami v HPC,
- validovať algoritmy pre budúce kvantové platformy.
Ako začať
CUDA-Q aj cuQuantum sú dostupné v pripravených softvérových prostrediach na Devane. Používatelia môžu okamžite začať pracovať s príkladmi v Python alebo C++, bez potreby zložitej konfigurácie. Prostredie je kontajnerizované, čo zaručuje reprodukovateľnosť a jednoduchú integráciu do existujúcich workflowov.
Podrobné návody a užitočné linky nájdete:
👉 https://userdocs.hpc.sav.sk/devana/software/cuda-q/
👉 https://userdocs.hpc.sav.sk/devana/software/cuquantum/