NVIDIA cuQuantum, kuantum simülasyonlarını hem devre (dijital) hem de cihaz (analog) düzeyde hızlandırmak için bir SDK kitaplığıdır. Artık Quantum Toolbox in Python (QuTip) ve Superconducting Qubits (scQubits) ile entegre edilmiştir ve bu sayede yeni tür qubitlerin tasarım ve araştırma süreçlerinde uçtan uca hızlandırma sağlanmaktadır.
QuTip ile Daha Hızlı ve Ölçeklenebilir Simülasyonlar
University of Sherbrooke’dan Alexandre Blais’in grubu, QuTip için cuQuantum ile entegre edilen yeni bir plugin (eklenti) geliştirdi: qutip-cuquantum. Bu teknoloji, büyük bir transmon-rezonatör sisteminde CPU’dan 8x GPU düğümüne geçildiğinde 4000 kat hız artışı sunmaktadır. QuTip topluluğu, bu eklentiyi kullanarak büyük ölçekli simülasyonlarda üst düzey performans elde edebilir, bu da daha az gürültülü sistemler oluşturarak kuantum bilgisayarlarını ölçeklendirmenin önündeki en büyük engellerden birini aşmalarına yardımcı olur.
qutip-cuquantum eklentisi, çoklu GPU ve çoklu düğüm yetenekleriyle simülasyonların daha büyük Hilbert alanlarına ölçeklenmesini de desteklemektedir. Blais’in grubu, AWS üzerindeki P5en örneği yardımıyla 64 durumlu transmon qubit / 512 durumlu rezonatör çifti gibi daha büyük sistemleri ölçeklendirmiştir; bu da çoklu GPU desteği olmadan çalıştırması imkânsız olan simülasyonlardır.
QuTip ile simülasyonları büyük ölçekte gerçekleştirmekle ilgilenen herkes artık cuQuantum’u AWS’de kullanarak kuantum dinamiği simülasyonlarında etkileyici bir performans elde edebilir. Bu, QPU tasarımcıları ve araştırmacıların daha karmaşık dinamiklerin qubit tasarımlarını nasıl etkilediğini anlamalarına yardımcı olur.
scQubits ile Hız Rekoru
Northwestern Üniversitesi’nden Jens Koch’un grubu, süper iletken qubitleri modellemek için açık kaynaklı bir Python paketi olan scQubits’in geliştiricisidir. NVIDIA, bu paket üzerinde çalışarak cuQuantum’da, süper iletken cihazların enerji spektrumunu hesaplamak için gerekli kritik kısımları hızlandıran API’ler geliştirmiştir.
Eigensolver ile süper iletken cihazların enerji spektrumları hesaplanabilir; bu da yeni qubit türlerinin tasarımında önemli bir bileşendir. scQubits, araştırmacıların bir süper iletken devresinin fiziksel parametreleri (örneğin, bileşenlerin kapasitansı ve endüktansı) verildiğinde enerji spektrumlarını hesaplamalarına kolay bir yöntem sunar.
scQubits’in çıktıları, QuTip-cuQuantum ile analog kuantum dinamiği simülasyonları için girdi olarak kolayca kullanılabilir. GPU hızlandırması sayesinde scQubits ve QuTip ile kuantum cihazları tasarımcıları, geliştirilmiş koherens süreleri, kapı ve okuma performansları, daha yüksek verimlilik ve daha az kısıtlama ile yeni kuantum cihazları geliştirme fırsatı bulmaktadır.
Her iki araçta da çoklu GPU ve çoklu düğüm çalıştırma imkânı, Koch’un grubuna yalnızca bir fluxonium veya başka bir devre ile bir resonatörün tekil kuantum sistemlerini aşan daha karmaşık bileşik qubit sistemlerini keşfetme olanağı sunmaktadır. Diğer geliştiriciler de yakında scQubits ve QuTip simülasyonlarını, daha önce ulaşılması zor olan çoklu serbestlik derecelerine ölçeklendirerek birden fazla qubit sisteminin etkileşimlerini anlamayı sağlayacaktır.
QuTip, scQubits ve NVIDIA cuQuantum ile Başlama Kılavuzu
GPU hızlandırmalı QuTip‘i indirmek için, NVIDIA donanımınızda pip install qutip-cuquantum komutunu kullanarak yükleyebilirsiniz.
Yakında scQubits de cuQuantum‘u destekleyecek ve bu da CPU’ya göre 10 katından fazla hız artışı sağlayacak ve daha önce çözülemeyen alanlara ölçeklenebilecektir.
cuQuantum 25.09 yayımlandı ve bu çalışma akışlarını en iyi performans ve ölçekleme ile destekliyor; böylece kuantum cihazı tasarımcılarının doğru sonuçları daha hızlı almalarını sağlıyor ve yararlı kuantum bilgisayarlarına giden süreyi azaltıyor. cuQuantum SDK’sını indirin. En son paketlere PyPI veya Conda üzerinden ulaşılabilir ve pip install cuquantum-python-cu13 ile yüklenebilir.