Fujitsu ha desarrollado con éxito el simulador de ordenador cuántico más rápido del mundo, capaz de manejar circuitos cuánticos de 36 qubits en un sistema de clúster con el Superordenador FUJITSU PRIMEHPC FX 700 («PRIMEHPC FX 700»), que está equipado con la misma CPU A64FX que impulsa el superordenador más rápido del mundo, Fugaku.
El nuevo simulador cuántico puede ejecutar el software simulador cuántico Qulacs en paralelo a gran velocidad, logrando aproximadamente el doble de rendimiento que otros simuladores cuánticos importantes en operaciones cuánticas de 36 qubits. El nuevo simulador cuántico de Fujitsu servirá de importante puente hacia el desarrollo de aplicaciones de computación cuántica que se espera que se pongan en práctica en los próximos años.
Sobre la base de este avance, a partir del 1 de abril de 2022, Fujitsu y Fujifilm Corporation (en adelante Fujifilm) iniciarán una investigación conjunta sobre las aplicaciones de la computación cuántica en el campo de la ciencia de los materiales.
En el futuro, Fujitsu acelerará sus esfuerzos para desarrollar ordenadores cuánticos con el objetivo de desarrollar un simulador de 40 qubits para septiembre de 2022 y llevar a cabo una investigación y desarrollo conjuntos de aplicaciones cuánticas con clientes en campos como las finanzas y el descubrimiento de fármacos.
Vivek Mahajan, Director Ejecutivo Corporativo, CTO, Fujitsu Limited, comenta: «Nos encontramos ahora al borde de una nueva era en la tecnología informática. Fujitsu ha desarrollado con éxito el simulador cuántico más rápido del mundo aplicando su experiencia líder en tecnologías de computación, cultivada durante muchas décadas. Recientemente, pusimos en práctica estos conocimientos para trabajar con RIKEN en el diseño del superordenador Fugaku, que se ha mantenido como el más rápido del mundo durante los últimos dos años. De cara al futuro, nuestro objetivo es aprovechar este nuevo simulador cuántico para que nuestros clientes aceleren el desarrollo de aplicaciones cuánticas y, en última instancia, contribuyan a un mundo sostenible resolviendo una serie de problemas a los que se enfrenta la sociedad».
Un nuevo simulador cuántico de 36 qubits ofrece la mayor velocidad de procesamiento del mundo
Fujitsu ha desarrollado un simulador cuántico paralelo y distribuido para un sistema de clúster formado por 64 nodos en el PRIMEHPC FX 700 de Fujitsu.
El PRIMEHPC FX 700 está equipado con la misma CPU A64FX que impulsa el superordenador Fugaku y puede alcanzar un rendimiento máximo teórico de 3,072 teraflops (TFLOPS) en cálculos en formato de coma flotante de doble precisión. Además, cuenta con 32 GB de memoria con un gran ancho de banda de 1.024 gigabytes (GB) por segundo, y velocidades de 12,5 GB por segundo mediante la conexión de nodos a través de InfiniBand.
El nuevo simulador cuántico utiliza «Qulacs», uno de los simuladores cuánticos más rápidos del mundo desarrollado por la Universidad de Osaka y QunaSys Corporation, y el rendimiento del ancho de banda de la memoria se maximizó ejecutando múltiples cálculos simultáneamente mediante instrucciones SVE (Scalable Vector Extension) cuando se transfirió al A64FX.
MPI (Message Passing Interface) permite la ejecución paralela y distribuida de Qulacs y realiza una transferencia de datos que maximiza el ancho de banda de la red solapando los cálculos y la comunicación. Fujitsu ha desarrollado además un nuevo método para reordenar eficazmente los estados de los qubits desplegados en la memoria distribuida en el clúster en función del progreso del circuito cuántico y de su cálculo que ayuda a reducir los costes de comunicación. El nuevo sistema también es compatible con otros programas de simulación cuántica además de «Qulacs».
Qiskit(, una de las principales herramientas de desarrollo de software para ordenadores cuánticos, está disponible para el simulador cuántico de Fujitsu y ofrece a los desarrolladores de software cuántico un entorno de desarrollo muy cómodo. En colaboración con QunaSys, Fujitsu tiene previsto ofrecer el software de cálculo químico cuántico Qamuy en el nuevo simulador cuántico para proporcionar los recursos necesarios para ejecutar una amplia variedad de cálculos químicos cuánticos de alta velocidad.
Esquema del proyecto de investigación conjunto con Fujifilm
Además, Fujitsu y Fujifilm iniciarán una investigación conjunta sobre aplicaciones cuánticas en el campo de la química computacional, para descubrir métodos innovadores de diseño de materiales. La investigación conjunta aprovechará el recién desarrollado simulador cuántico de Fujitsu para estudiar y evaluar algoritmos específicos de la computación cuántica en los cálculos de reacciones químicas moleculares.
Periodo: Del 1 de abril de 2022 al 31 de marzo de 2023
Objetivo: Utilización de la tecnología de computación cuántica en la química computacional
Contenido de la investigación: Examen y evaluación de algoritmos específicos de computación cuántica en reacciones químicas de moléculas, etc
Funciones y responsabilidades
Fujitsu
Provisión del simulador cuántico, análisis de los resultados de los cálculos y examen de los métodos de mejora
Fujifilm
Implementación de los cálculos químicos cuánticos, análisis de los resultados de los cálculos y examen de los métodos de mejora.
Planes futuros
En el futuro, Fujitsu trabajará para mejorar sus tecnologías, incluida su tecnología de fusión de puertas cuánticas, capaz de realizar cálculos para múltiples puertas cuánticas simultáneamente, con el fin de realizar simuladores cuánticos a mayor escala y velocidad. Además, Fujitsu pretende desarrollar un simulador de 40 qubits para su aplicación en los campos de las finanzas y el descubrimiento de fármacos para septiembre de 2022.
Fujitsu aplicará sus conocimientos acumulados sobre aplicaciones cuánticas desarrollados en simuladores cuánticos en el desarrollo de ordenadores cuánticos, con el objetivo de lograr soluciones tempranas a problemas sociales utilizando la tecnología cuántica.
Comentario del profesor Keisuke Fujii, de la División de Electrónica Avanzada y Ciencias Ópticas de la Escuela de Postgrado de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de Osaka
Los simuladores de alta velocidad que utilizan superordenadores son cada vez más importantes para el desarrollo del software cuántico y las aplicaciones cuánticas de las que depende el rendimiento de los ordenadores cuánticos. Qulacs, un software de código abierto utilizado por desarrolladores de todo el mundo, y la tecnología que se encuentra en el corazón del superordenador «Fugaku», se han combinado para realizar el simulador cuántico más rápido del mundo, que estamos seguros de que acelerará enormemente el futuro desarrollo del software cuántico.
