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»)(1), que está equipado con la misma CPU A64FX(2) que impulsa el superordenador más rápido del mundo, Fugaku.

El nuevo simulador cuántico puede ejecutar el software simulador cuántico «Qulacs»(3) en paralelo a gran velocidad, logrando aproximadamente el doble de rendimiento que otros simuladores cuánticos importantes(4) 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(5) (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(6).

El nuevo simulador cuántico utiliza «Qulacs», uno de los simuladores cuánticos más rápidos del mundo desarrollado por la Universidad de Osaka(7) y QunaSys Corporation(8), y el rendimiento del ancho de banda de la memoria se maximizó ejecutando múltiples cálculos simultáneamente mediante instrucciones SVE (Scalable Vector Extension)(9) cuando se transfirió al A64FX.

MPI (Message Passing Interface)(10) 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(11), 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(12), Fujitsu tiene previsto ofrecer el software de cálculo químico cuántico Qamuy(13) 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.

[1] PRIMEHPC FX 700:
Superordenador fabricado por Fujitsu que utiliza una arquitectura ARM de alto rendimiento equipada con la CPU A64FX utilizada en el superordenador «Fugaku»
2] A64FX:
Es el primer procesador del mundo que implementa la extensión vectorial escalable (SVE), una extensión de la arquitectura del conjunto de instrucciones Armv8.2-A para superordenadores. Dispone de 48 núcleos de operación, que ofrecen un rendimiento máximo teórico de 3,3792 TFLOPS para cálculos en coma flotante de doble precisión. Además, la aritmética de punto flotante de simple/media precisión y la aritmética de enteros de 8 bits/16 bits pueden realizarse con un alto rendimiento mediante SIMD de 512 bits de ancho, lo que resulta muy eficaz en el procesamiento de IA y otros.
3] Qulacs:
Software simulador de circuitos cuánticos de código abierto desarrollado principalmente por el Laboratorio Fujii de la Escuela de Postgrado de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de Osaka; desarrollo de nuevas funciones y mantenimiento por parte de QunaSys
( Documento )
[4] Otros simuladores cuánticos importantes Simulador cuántico de Intel (Intel-QS) JUQCS del Forschungszentrum Jülich, Qiskit-Aer de IBM
5] Fujifilm Corporation: Sede central: Minato-ku, Tokio, Japón; Presidente y Director General: Teiichi Goto
[6] Infiniband: Red utilizada principalmente en superordenadores para conectar servidores. Se utiliza para proporcionar un sistema de comunicación de conexión en serie bidireccional capaz de realizar una banda de alta velocidad utilizando una pluralidad de canales en un paquete
[7] Universidad de Osaka:Ubicación: Ciudad de Suita, Prefectura de Osaka, Japón; presidente: Shojiro Nishio
[8] QunaSys Co., Ltd.:Sede: Bunkyo-ku, Tokio, Japón; Director General: Tien Yang
[9] Instrucción SVE (Scalable Vector Extension):Instrucción de la CPU que ejecuta múltiples operaciones en paralelo con una sola instrucción
10] MPI (Message Passing Interface): API de comunicación que describe el procesamiento de la comunicación para lograr el procesamiento paralelo en un superordenador
[11] Qiskit : Herramienta de desarrollo de software cuántico desarrollada por IBM y publicada como código abierto
[12] Asociación con QunaSys:»Quantum Computer Venture QunaSys Raises $1.24 billion Series B» (comunicado de prensa de QunaSys del 28 de marzo de 2022)
[13] Qamuy :Software de cálculo químico cuántico proporcionado por QunaSys. La entrada del cálculo químico cuántico se traduce en un circuito cuántico, y el cálculo en un simulador o en una máquina real puede realizarse sin problemas