构建明日超级计算机:科学家如何在不破费的情况下实践量子计算

科学技术

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新闻摘要

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英伟达大幅升级了其量子计算机模拟软件cuQuantum,使科学家能够在无需数百万美元的实际量子硬件的情况下测试和开发量子计算机。最新更新带来了三大改进:动态梯度有助于人工智能学习如何设计更好的量子计算机,支持称为DMRG的技术来模拟复杂的量子系统,以及在新硬件上实现了大幅加速。现在,设计量子处理器的科学家可以运行的模拟速度比以前快16-26倍,让他们在测试几个设计变体的时间内就能测试数千个变体。这至关重要,因为真正的量子计算机极其脆弱 – 它们必须保持比外层空间还要冷的温度,并与所有振动隔离。通过先在配备强大显卡的普通计算机上模拟它们,研究人员可以在构建昂贵的真实版本之前完善他们的设计。该软件有助于解决量子计算最大的挑战之一:弄清如何控制可以同时处于多种状态的量子比特(qubits),而不是只有0或1的常规计算机比特。这一突破可能会加快量子计算机的发展,这将彻底改变从医学到密码学等各个领域。

来源: 英伟达开发者博客

本站解析

背景和环境

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想象一下,试图建造世界上最复杂的乐高套装,但每个零件都要价一百万美元,稍有不慎就会损坏。这就是量子计算机的挑战所在。这些未来主义机器承诺能解决常规计算机需要数百万年才能解决的问题,但它们极其难以构建和昂贵。

量子计算机是基于量子物理学原理运作的,粒子可以同时处于多种状态 – 就像一枚正在空中旋转的硬币,在落地之前既是正面又是反面。这种”叠加态”使量子计算机能够同时探索多种解决方案,从而使其在某些问题上潜在地比常规计算机快数百万倍。

专家分析

量子模拟的妙处在于,它让科学家在投入硬件之前就可以虚拟地练习构建量子计算机。这就像使用飞行模拟器来训练飞行员 – 你可以在模拟器中摔毁数次,而不会损坏真正的飞机。英伟达的cuQuantum软件将游戏显卡变成了量子计算机模拟器。

新的”动态梯度”功能尤其令人兴奋。这就像有一位教练在观察你的练习,并告诉你如何精进。当科学家设计量子电路时,该软件现在可以精确地告诉他们每一个微小调整都会如何影响结果,从而允许他们通过人工智能辅助的试错来优化设计。

补充数据和事实

数字令人惊叹。一台真正的量子计算机需要-273°C(接近绝对零度)的温度,需要数千万美元的投资,并需要一个占据整个房间的冷却系统。相比之下,模拟运行在几千美元的显卡上,可以装在普通电脑里。16-26倍的加速意味着之前需要一个月的实验现在只需一天就能完成。

当前的量子计算机拥有大约100-1000个量子比特(qubits),但即使模拟50个量子比特也需要的内存超过了全世界所有计算机的总和。这就是为什么专门的软件和硬件加速如此关键 – 它们使不可能的事情变得仅仅很困难。

相关新闻

量子计算机的竞争正在全球范围内升温。谷歌在2019年宣称实现了”量子优越性”,IBM提供对真正量子计算机的云端访问,中国也投入了数十亿美元用于量子研究。微软和亚马逊也在开发自己的量子平台。每种方法都有所不同,但都严重依赖于模拟来进行开发。

这种竞争以意想不到的方式推动了创新。为这些量子模拟提供动力的同一些显卡也在运行人工智能模型和视频游戏,创造了一个良性循环,即游戏技术推动科学进步,而科学进步又改善游戏硬件。

总结

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英伟达的量子模拟突破代表了量子计算研究的民主化。通过使在(相对)负担得起的硬件上实验量子设计成为可能,更多的研究人员可以为解决建造实用量子计算机的巨大挑战做出贡献。对于有兴趣探索物理学、计算机科学和未来技术交叉领域的学生来说,这个领域提供了前所未有的机会,去解决将定义下一个计算时代的问题。

公众反应

量子研究人员欢迎这些工具提供的可及性,特别是对于预算有限的大学来说。现在,研究生可以在宿舍里运行量子实验。游戏玩家发现,他们的显卡竟然可以模拟量子物理。一些人担心量子计算机会破坏当前的加密,而另一些人则梦想着量子驱动的药物发现和气候建模。

常见问题解答

问: 什么使量子计算机如此特殊?
答: 常规计算机是顺序处理信息(一次一个计算),而量子计算机可以同时探索多种可能性。这就像通过同时走遍迷宫的每一条路径来解决迷宫,而不是一次尝试一条路径。

问: 我们什么时候才能拥有真正的量子计算机?
答: 目前已经有一些有限的量子计算机,但真正实用的、可以解决日常问题的量子计算机可能还需要10-20年。这就是为什么模拟如此关键 – 它加速了发展。

问: 学生能学习量子计算吗?
答: 是的!许多大学都提供量子计算课程,而且还有免费的在线模拟器让任何人都可以尝试量子电路。你不需要物理学博士学位 – 只需要好奇心和基本的编程技能。

次世代スーパーコンピューターの構築 – 科学者がコストを抑えてどのようにQuantum Computingを実践しているか

科学・技術

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ニュース要約

以下の内容がオンラインで公開されました。翻訳された要約を以下に示します。詳細については、ソースをご覧ください。

NVIDIAは、量子コンピューティングシミュレーションソフトウェアのcuQuantumを大幅にアップグレードし、実際の量子ハードウェアを必要とせずに、科学者が量子コンピューターをテストし、開発できるようにしました。この最新のアップデートには3つの主要な改善点があります。AI が量子コンピューターのより良い設計方法を学習するのに役立つ動的勾配、複雑な量子システムをシミュレーションする手法であるDMRGのサポート、そして新しいハードウェアでの大幅な速度向上です。量子プロセッサの設計者は、今では以前の16~26倍の速度でシミュレーションを実行でき、わずかな設計変更を何千もテストできるようになりました。これは重要です。なぜなら、実際の量子コンピューターは非常に繊細で、宇宙空間よりも冷たい温度に保たれ、すべての振動から隔離されなければならないからです。強力なグラフィックスカードを備えた通常のコンピューターでシミュレーションすることで、研究者は高価な実際のバージョンを構築する前に、設計を完璧にすることができます。このソフトウェアは、量子コンピューティングの最大の課題の1つである、通常のコンピューターのビットが0または1しかないのに対し、複数の状態に同時に存在できる量子ビット(キュービット)を制御する方法を解決するのに役立ちます。この画期的な進歩により、医療から暗号化まで、さまざまな分野を革新する量子コンピューターの開発が加速される可能性があります。

ソース: NVIDIA Developer Blog

本サイトによる解説

発表内容の背景

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世界で最も複雑なレゴセットを構築しようとしているが、各パーツが100万ドルもし、間違って触れただけで壊れてしまうと想像してみてください。これが量子コンピューターの課題です。この未来的な機械は、通常のコンピューターでは数百万年かかる問題を解決する可能性がありますが、構築するのは非常に困難で高価です。

量子コンピューターは、粒子が同時に複数の状態に存在できる量子物理学の原理に基づいて動作します。まるで、空中で回転しているコインが表と裏の両方の状態にあるかのようです。この「重ね合わせ」により、量子コンピューターは同時に多くの解を探索できるため、特定の問題では通常のコンピューターよりも数百万倍も高速になる可能性があります。

専門的な分析

量子シミュレーションの妙味は、実際のハードウェアに投資する前に、仮想的に量子コンピューターの構築を練習できることです。パイロットの訓練にフライトシミュレーターを使うのと同じように、シミュレーター上で何度も失敗しても、実際の機械を壊すことはありません。NVIDIA のcuQuantumソフトウェアは、ゲームグラフィックスカードを量子コンピューターシミュレーターに変えてしまいます。

新しい「動的勾配」機能は特に興味深いです。これは、練習を見守り、正確にどのように改善すべきかを教えてくれるコーチのようなものです。科学者が量子回路を設計する際、ソフトウェアはそれぞれの微調整がどのように結果に影響するかを正確に示すことができ、AI支援の試行錯誤を通じて設計を最適化することができます。

追加データや根拠

数値は驚くべきものです。実際の量子コンピューターには、-273°C(絶対零度に近い)の温度、数千万ドルの費用、そして部屋サイズの冷却システムが必要です。一方、シミュレーションはわずか数千ドルのグラフィックスカードで動作し、通常のコンピューターに収まります。16~26倍の高速化により、1か月かかっていた実験が1日で完了するようになりました。

現在の量子コンピューターには100~1000個のキュービット(量子ビット)しかありませんが、通常のコンピューターで50個のキュービットをシミュレーションするには、世界中のコンピューターの合計メモリ容量を超える必要があります。これが、専用のソフトウェアとハードウェアアクセラレーションが不可欠な理由です。これらがなければ、不可能なことを単に困難にするだけです。

関連ニュース

量子コンピューティングの競争は世界的に激しさを増しています。Googleは2019年に「量子優位性」を主張し、IBMは実際の量子コンピューターへのクラウドアクセスを提供し、中国は量子研究に数十億ドルを投資しています。マイクロソフトとAmazonも独自の量子プラットフォームを開発しています。アプローチは異なりますが、すべて開発にシミュレーションを大量に活用しています。

この競争は予想外の方法でイノベーションを推進しています。これらの量子シミュレーションを駆動しているのと同じグラフィックスカードが、AIモデルやビデオゲームも実行しています。その結果、ゲーミング技術が科学を前進させ、さらにより良いハードウェアを生み出し、ゲームを改善するという好循環が生まれています。

まとめ

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NVIDIA の量子シミュレーション技術の進歩は、量子コンピューティング研究の民主化を意味しています。(比較的)手頃な価格のハードウェアで量子設計の実験ができるようになったことで、実用的な量子コンピューターの構築に取り組む研究者が増えることが期待されます。物理学、コンピューター科学、そして技術の未来が交差する分野に興味を持つ学生にとって、この分野は、次世代のコンピューティングを定義する問題に取り組む前例のない機会を提供しています。

世間の反応

量子研究者は、特に予算に制限のある大学で、これらのツールが提供する利便性を喜んでいます。大学院生は今や、寮の部屋から量子実験を行えるようになりました。ゲーマーにとっても、自分のグラフィックスカードが量子物理学をシミュレーションできることは魅力的です。一部の人は量子コンピューターが現在の暗号化を破る可能性を懸念する一方で、他の人は量子コンピューターによる医薬品開発や気候モデリングの可能性を夢見ています。

よくある質問

Q: 量子コンピューターはなぜ特別なのですか?
A: 通常のコンピューターは、1つの計算を順次処理しますが、量子コンピューターは複数の可能性を同時に探索できます。迷路を1つずつ試すのではなく、すべての道のりを同時に歩くようなものです。

Q: いつ実用的な量子コンピューターが登場するのですか?
A: 限定的な量子コンピューターは現在存在しますが、日常的な問題を解決できる本格的なものは、おそらく10~20年先のことです。そのため、開発を加速するシミュレーションが重要なのです。

Q: 学生は量子コンピューティングを学べますか?
A: はい! 多くの大学で量子コンピューティングの講座が提供されており、無料のオンラインシミュレーターを使って誰でも量子回路の実験ができます。物理学の博士号は必要ありません。好奇心と基本的なプログラミングスキルがあれば十分です。

Construire les super-ordinateurs de demain : comment les scientifiques pratiquent l’informatique quantique sans se ruiner

Science and Technologie

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Résumé de l’actualité

Le contenu suivant a été publié en ligne. Un résumé traduit est présenté ci-dessous. Consultez la source pour plus de détails.

NVIDIA a considérablement amélioré son logiciel de simulation de calcul quantique, cuQuantum, permettant ainsi aux scientifiques de tester et de développer des ordinateurs quantiques sans avoir besoin de matériel quantique réel coûtant des millions de dollars. La dernière mise à jour apporte trois améliorations majeures : des gradients dynamiques qui aident l’IA à apprendre à concevoir de meilleurs ordinateurs quantiques, la prise en charge d’une technique appelée DMRG qui simule des systèmes quantiques complexes, et des améliorations massives de la vitesse sur le nouveau matériel. Les scientifiques qui conçoivent des processeurs quantiques peuvent désormais exécuter des simulations 16 à 26 fois plus rapidement qu’auparavant, leur permettant de tester des milliers de variantes de conception dans le temps qu’il fallait auparavant pour en tester seulement quelques-unes. Cela est crucial car les véritables ordinateurs quantiques sont incroyablement délicats – ils doivent être maintenus à une température plus froide que l’espace extérieur et isolés de toutes les vibrations. En les simulant d’abord sur des ordinateurs réguliers avec des cartes graphiques puissantes, les chercheurs peuvent perfectionner leurs conceptions avant de construire les versions réelles coûteuses. Le logiciel aide à résoudre l’un des plus grands défis du calcul quantique : découvrir comment contrôler les bits quantiques (qubits) qui peuvent exister dans de multiples états simultanément, contrairement aux bits d’ordinateur réguliers qui ne sont que 0 ou 1. Cette percée pourrait accélérer le développement d’ordinateurs quantiques qui révolutionneront des domaines allant de la médecine à la cryptographie.

Source : Blog des développeurs NVIDIA

Notre commentaire

Contexte et arrière-plan

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Imaginez essayer de construire le plus complexe des ensembles de LEGO, mais où chaque pièce coûte un million de dollars et se brise si vous soufflez dessus. C’est le défi des ordinateurs quantiques. Ces machines futuristes promettent de résoudre des problèmes qui prendraient des millions d’années à des ordinateurs classiques, mais elles sont incroyablement difficiles et coûteuses à construire.

Les ordinateurs quantiques fonctionnent sur les principes de la physique quantique, où les particules peuvent être dans de multiples états à la fois – comme une pièce de monnaie qui tourne dans les airs et qui est à la fois pile et face jusqu’à ce qu’elle retombe. Cette “superposition” permet aux ordinateurs quantiques d’explorer de nombreuses solutions simultanément, ce qui les rend potentiellement des millions de fois plus rapides que les ordinateurs classiques pour certains problèmes.

Analyse d’expert

Le génie de la simulation quantique est qu’elle permet aux scientifiques de s’entraîner à construire des ordinateurs quantiques virtuellement avant de s’engager dans le matériel. C’est comme utiliser un simulateur de vol pour former des pilotes – vous pouvez vous écraser mille fois dans le simulateur sans détruire un véritable avion. Le logiciel cuQuantum de NVIDIA transforme les cartes graphiques de jeux en simulateurs d’ordinateurs quantiques.

La nouvelle fonctionnalité des “gradients dynamiques” est particulièrement passionnante. C’est comme avoir un entraîneur qui vous observe vous entraîner et vous dit exactement comment vous améliorer. Lorsque les scientifiques conçoivent un circuit quantique, le logiciel peut désormais leur indiquer avec précision comment chaque petit ajustement affectera le résultat, leur permettant d’optimiser les conceptions par un processus d’essai et d’erreur assisté par l’IA.

Données supplémentaires et faits

Les chiffres sont stupéfiants. Un véritable ordinateur quantique nécessite des températures de -273°C (proche du zéro absolu), coûte des dizaines de millions de dollars et nécessite un système de refroidissement de la taille d’une pièce. En revanche, la simulation s’exécute sur des cartes graphiques qui coûtent quelques milliers de dollars et tiennent dans un ordinateur classique. L’accélération de 16 à 26 fois signifie que des expériences qui prenaient un mois se terminent désormais en une journée.

Les ordinateurs quantiques actuels ont environ 100 à 1000 qubits (bits quantiques), mais simuler même 50 qubits sur un ordinateur classique nécessite plus de mémoire que n’en possèdent tous les ordinateurs du monde réunis. C’est pourquoi des logiciels spécialisés et une accélération matérielle sont essentiels – ils rendent l’impossible simplement difficile.

Actualités connexes

La course à l’ordinateur quantique s’intensifie à l’échelle mondiale. Google a revendiqué la “suprématie quantique” en 2019, IBM offre un accès cloud à de véritables ordinateurs quantiques, et la Chine a investi des milliards dans la recherche quantique. Microsoft et Amazon développent également leurs propres plateformes quantiques. Chaque approche diffère, mais toutes s’appuient fortement sur la simulation pour le développement.

Cette concurrence stimule l’innovation de manière inattendue. Les mêmes cartes graphiques qui alimentent ces simulations quantiques exécutent également des modèles d’IA et des jeux vidéo, créant un cycle vertueux où la technologie des jeux fait progresser la science, ce qui entraîne de meilleures performances matérielles, améliorant ainsi les jeux.

Résumé

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La percée de NVIDIA dans la simulation quantique représente une démocratisation de la recherche en informatique quantique. En rendant possible l’expérimentation avec des conceptions quantiques sur du matériel (relativement) abordable, plus de chercheurs peuvent contribuer à résoudre les défis immenses de la construction d’ordinateurs quantiques pratiques. Pour les étudiants intéressés par l’intersection de la physique, de l’informatique et de l’avenir de la technologie, ce domaine offre des opportunités sans précédent de travailler sur des problèmes qui définiront la prochaine ère de l’informatique.

Réaction publique

Les chercheurs quantiques se réjouissent de l’accessibilité que ces outils offrent, en particulier dans les universités aux budgets limités. Les étudiants diplômés peuvent désormais exécuter des expériences quantiques depuis leur chambre d’étudiant. Les joueurs trouvent fascinant que leurs cartes graphiques puissent simuler la physique quantique. Certains s’inquiètent de la capacité des ordinateurs quantiques à briser le cryptage actuel, tandis que d’autres rêvent de découvertes de médicaments et de modélisation du climat alimentées par la puissance quantique.

Questions fréquentes

Q : Qu’est-ce qui rend les ordinateurs quantiques si spéciaux ?
R : Les ordinateurs classiques traitent l’information de manière séquentielle (un calcul à la fois), tandis que les ordinateurs quantiques peuvent explorer de multiples possibilités simultanément. C’est comme résoudre un labyrinthe en parcourant tous les chemins en même temps au lieu d’essayer un par un.

Q : Quand aurons-nous de véritables ordinateurs quantiques ?
R : Des ordinateurs quantiques limités existent déjà, mais des versions vraiment utiles pour les problèmes quotidiens sont probablement encore à 10-20 ans. C’est pourquoi la simulation est cruciale – elle accélère le développement.

Q : Les étudiants peuvent-ils apprendre l’informatique quantique ?
R : Oui ! De nombreuses universités proposent des cours d’informatique quantique, et des simulateurs en ligne gratuits permettent à n’importe qui d’expérimenter avec des circuits quantiques. Vous n’avez pas besoin d’un doctorat en physique, juste de la curiosité et de compétences de base en programmation.

Construyendo las supercomputadoras del mañana: cómo los científicos practican la computación cuántica sin romper el banco.

Ciencia y Tecnología

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Resumen de noticias

El siguiente contenido fue publicado en línea. A continuación se presenta un resumen traducido. Consulte la fuente para obtener más detalles.

NVIDIA ha mejorado significativamente su software de simulación de computación cuántica, cuQuantum, lo que permite a los científicos probar y desarrollar computadoras cuánticas sin necesidad de hardware cuántico real que cuesta millones de dólares. La última actualización trae tres mejoras importantes: gradientes dinámicos que ayudan al aprendizaje automático a diseñar mejores computadoras cuánticas, soporte para una técnica llamada DMRG que simula sistemas cuánticos complejos y mejoras masivas de velocidad en el nuevo hardware. Los científicos que diseñan procesadores cuánticos ahora pueden ejecutar simulaciones de 16 a 26 veces más rápido que antes, lo que les permite probar miles de variaciones de diseño en el tiempo que solía tomar probar solo unas pocas. Esto es crucial porque las computadoras cuánticas reales son increíblemente delicadas: deben mantenerse más frías que el espacio exterior y aisladas de todas las vibraciones. Al simularlas primero en computadoras regulares con tarjetas gráficas potentes, los investigadores pueden perfeccionar sus diseños antes de construir las versiones reales costosas. El software ayuda a resolver uno de los mayores desafíos de la computación cuántica: descubrir cómo controlar los bits cuánticos (qubits) que pueden existir en múltiples estados simultáneamente, a diferencia de los bits de computadora regulares que son solo 0 o 1. Este avance podría acelerar el desarrollo de computadoras cuánticas que revolucionarán campos desde la medicina hasta la criptografía.

Fuente: Blog de desarrolladores de NVIDIA

Nuestro comentario

Antecedentes y contexto

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Imagina intentar construir el juego de LEGO más complejo del mundo, pero cada pieza cuesta un millón de dólares y se rompe si respiras sobre ella de manera incorrecta. Ese es el desafío con las computadoras cuánticas. Estas máquinas futuristas prometen resolver problemas que tomarían a las computadoras regulares millones de años, pero son increíblemente difíciles y costosas de construir.

Las computadoras cuánticas funcionan sobre los principios de la física cuántica, donde las partículas pueden estar en múltiples estados a la vez, como una moneda girando en el aire que es tanto cara como cruz hasta que aterriza. Esta “superposición” permite que las computadoras cuánticas exploren muchas soluciones simultáneamente, lo que las convierte potencialmente en millones de veces más rápidas que las computadoras regulares para ciertos problemas.

Análisis de expertos

El ingenio de la simulación cuántica radica en que permite a los científicos practicar la construcción de computadoras cuánticas de forma virtual antes de comprometerse con el hardware. Es como usar un simulador de vuelo para entrenar a los pilotos: puedes estrellarte mil veces en el simulador sin destruir un avión real. El software cuQuantum de NVIDIA convierte las tarjetas gráficas de juegos en simuladores de computadoras cuánticas.

La nueva función de “gradientes dinámicos” es particularmente emocionante. Es como tener un entrenador que observa tu práctica y te dice exactamente cómo mejorar. Cuando los científicos diseñan un circuito cuántico, el software ahora puede indicarles con precisión cómo cada pequeño ajuste afectará el resultado, permitiéndoles optimizar los diseños a través de prueba y error asistidos por inteligencia artificial.

Datos adicionales y hechos

Las cifras son asombrosas. Una computadora cuántica real requiere temperaturas de -273°C (cerca del cero absoluto), cuesta decenas de millones de dólares y necesita un sistema de enfriamiento del tamaño de una habitación. En contraste, la simulación se ejecuta en tarjetas gráficas que cuestan unos pocos miles de dólares y se ajustan a una computadora regular. El aumento de velocidad de 16 a 26 veces significa que los experimentos que tomaban un mes ahora se completan en un día.

Las computadoras cuánticas actuales tienen alrededor de 100 a 1000 qubits (bits cuánticos), pero simular incluso 50 qubits en una computadora regular requiere más memoria de la que existe en todas las computadoras del mundo combinadas. Es por eso que el software especializado y la aceleración de hardware son cruciales: hacen que lo imposible sea meramente difícil.

Noticias relacionadas

La carrera por la computación cuántica se está calentando a nivel global. Google afirmó haber logrado la “supremacía cuántica” en 2019, IBM ofrece acceso en la nube a computadoras cuánticas reales, y China ha invertido miles de millones en investigación cuántica. Microsoft y Amazon también están desarrollando sus propias plataformas cuánticas. Cada enfoque difiere, pero todos dependen en gran medida de la simulación para su desarrollo.

Esta competencia impulsa la innovación de maneras inesperadas. Las mismas tarjetas gráficas que alimentan estas simulaciones cuánticas también ejecutan modelos de inteligencia artificial y videojuegos, creando un ciclo virtuoso donde la tecnología de juegos hace avanzar a la ciencia, lo que a su vez impulsa un mejor hardware, lo que mejora los juegos.

Resumen

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El avance de la simulación cuántica de NVIDIA representa una democratización de la investigación en computación cuántica. Al hacer posible experimentar con diseños cuánticos en hardware (relativamente) asequible, más investigadores pueden contribuir a resolver los inmensos desafíos de construir computadoras cuánticas prácticas. Para los estudiantes interesados en la intersección de la física, la informática y el futuro de la tecnología, este campo ofrece oportunidades sin precedentes para trabajar en problemas que definirán la próxima era de la computación.

Reacción pública

Los investigadores cuánticos celebran la accesibilidad que brindan estas herramientas, especialmente en las universidades con presupuestos limitados. Los estudiantes de posgrado ahora pueden ejecutar experimentos cuánticos desde sus dormitorios. Los jugadores encuentran fascinante que sus tarjetas gráficas puedan simular la física cuántica. Algunos se preocupan por que las computadoras cuánticas rompan la criptografía actual, mientras que otros sueñan con el descubrimiento de fármacos y la modelización climática impulsados por la computación cuántica.

Preguntas frecuentes

P: ¿Qué hace que las computadoras cuánticas sean tan especiales?
R: Las computadoras regulares procesan la información de manera secuencial (un cálculo a la vez), mientras que las computadoras cuánticas pueden explorar múltiples posibilidades simultáneamente. Es como resolver un laberinto caminando por todos los caminos a la vez en lugar de intentarlos uno por uno.

P: ¿Cuándo tendremos computadoras cuánticas reales?
R: Existen computadoras cuánticas limitadas en la actualidad, pero las verdaderamente útiles para problemas cotidianos probablemente estarán disponibles en 10 a 20 años. Por eso la simulación es crucial: acelera el desarrollo.

P: ¿Pueden los estudiantes aprender computación cuántica?
R: ¡Sí! Muchas universidades ofrecen cursos de computación cuántica, y los simuladores gratuitos en línea permiten a cualquiera experimentar con circuitos cuánticos. No se necesita un doctorado en física, solo curiosidad y habilidades básicas de programación.

Wie Wissenschaftler Quantencomputing erschwinglich machen

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Nachrichtenzusammenfassung

Der folgende Inhalt wurde online veröffentlicht. Eine übersetzte Zusammenfassung wird nachstehend präsentiert. Für Details siehe die Quelle.

NVIDIA hat seine Quantum-Computing-Simulationssoftware cuQuantum erheblich aufgerüstet, sodass Wissenschaftler Quantencomputer testen und entwickeln können, ohne teure Quantenhardware im Wert von Millionen Dollar zu benötigen. Das jüngste Update bringt drei wesentliche Verbesserungen: dynamische Gradienten, die KI dabei helfen, bessere Quantencomputer zu entwerfen, Unterstützung für eine Technik namens DMRG, die komplexe Quantensysteme simuliert, sowie massive Leistungssteigerungen auf neuer Hardware. Wissenschaftler, die Quantenprozessoren entwickeln, können ihre Simulationen nun 16- bis 26-mal schneller durchführen als zuvor, was es ihnen ermöglicht, Tausende von Designvariationen in der Zeit zu testen, in der sie zuvor nur wenige testen konnten. Dies ist entscheidend, da echte Quantencomputer unglaublich empfindlich sind – sie müssen kälter als der Weltraum gehalten und vor jeglichen Vibrationen isoliert werden. Indem sie diese zunächst auf herkömmlichen Computern mit leistungsstarken Grafikkarten simulieren, können Forscher ihre Designs perfektionieren, bevor sie die teuren Originalversionen bauen. Die Software hilft dabei, eine der größten Herausforderungen des Quantencomputings zu lösen: herauszufinden, wie man Quantenbits (Qubits) steuert, die gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren können, im Gegensatz zu herkömmlichen Computerbits, die nur 0 oder 1 sind. Dieser Durchbruch könnte die Entwicklung von Quantencomputern beschleunigen, die Bereiche von der Medizin bis zur Kryptographie revolutionieren werden.

Quelle: NVIDIA Developer Blog

Unser Kommentar

Hintergrund und Kontext

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Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, den komplexesten LEGO-Satz der Welt zu bauen, aber jedes Teil kostet eine Million Dollar und zerbricht, wenn Sie es falsch anfassen. Das ist die Herausforderung bei Quantencomputern. Diese zukunftsweisenden Maschinen versprechen, Probleme zu lösen, die herkömmliche Computer Millionen von Jahren kosten würden, sind aber unglaublich schwierig und teuer zu bauen.

Quantencomputer funktionieren nach den Prinzipien der Quantenphysik, bei denen Teilchen gleichzeitig in mehreren Zuständen sein können – wie eine Münze in der Luft, die sowohl Kopf als auch Zahl ist, bis sie landet. Diese “Superposition” ermöglicht es Quantencomputern, viele Lösungen gleichzeitig zu erforschen, was sie potenziell Millionen Mal schneller als herkömmliche Computer für bestimmte Probleme macht.

Expertenanalyse

Das Geniale an der Quantensimulation ist, dass sie Wissenschaftlern ermöglicht, den Bau von Quantencomputern virtuell zu üben, bevor sie sich auf Hardware festlegen. Es ist wie das Verwenden eines Flugsimulators zum Piloten-Training – Sie können im Simulator Tausende Male abstürzen, ohne ein echtes Flugzeug zu zerstören. NVIDIAs cuQuantum-Software verwandelt Grafikkarten für Computerspiele in Quantencomputer-Simulatoren.

Die neue Funktion der “dynamischen Gradienten” ist besonders aufregend. Es ist, als hätte man einen Trainer, der einem beim Üben zusieht und einem genau sagt, wie man sich verbessern kann. Wenn Wissenschaftler einen Quantenkreis entwerfen, kann die Software ihnen nun präzise mitteilen, wie sich jede kleine Anpassung auf das Ergebnis auswirkt, was es ihnen ermöglicht, Designs durch KI-unterstützte Versuch-und-Irrtum-Methoden zu optimieren.

Zusätzliche Daten und Fakten

Die Zahlen sind beeindruckend. Ein echter Quantencomputer erfordert Temperaturen von -273°C (nahe dem absoluten Nullpunkt), kostet Dutzende Millionen Dollar und benötigt ein raumgroßes Kühlsystem. Im Gegensatz dazu läuft die Simulation auf Grafikkarten, die ein paar Tausend Dollar kosten und in einem normalen Computer Platz finden. Die 16- bis 26-fache Beschleunigung bedeutet, dass Experimente, die einen Monat dauerten, nun an einem Tag abgeschlossen werden können.

Aktuelle Quantencomputer haben etwa 100-1000 Qubits (Quantenbits), aber selbst die Simulation von 50 Qubits auf einem herkömmlichen Computer erfordert mehr Speicher, als in allen Computern der Welt zusammen existiert. Aus diesem Grund sind spezialisierte Software und Hardware-Beschleunigung entscheidend – sie machen das Unmögliche lediglich schwierig.

Verwandte Nachrichten

Das Rennen um Quantencomputer wird weltweit immer intensiver. Google beanspruchte 2019 die “Quantenüberlegenheit”, IBM bietet Zugriff auf echte Quantencomputer in der Cloud an, und China hat Milliarden in die Quantenforschung investiert. Microsoft und Amazon entwickeln ebenfalls eigene Quantenplattformen. Jeder Ansatz unterscheidet sich, aber alle verlassen sich stark auf Simulation für die Entwicklung.

Dieser Wettbewerb treibt die Innovation auf unerwartete Weise voran. Dieselben Grafikkarten, die diese Quantensimulationen antreiben, laufen auch KI-Modelle und Computerspiele, was einen Kreislauf der gegenseitigen Befruchtung schafft, bei dem Spieletechnologie die Wissenschaft vorantreibt, was wiederum zu besserer Hardware und somit zu verbesserten Spielen führt.

Zusammenfassung

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NVIDIAs Durchbruch bei der Quantensimulation stellt eine Demokratisierung der Quantencomputing-Forschung dar. Indem es möglich gemacht wird, mit Quantendesigns auf (relativ) erschwinglicher Hardware zu experimentieren, können mehr Forscher daran arbeiten, die immensen Herausforderungen beim Bau praktischer Quantencomputer zu lösen. Für Studenten, die sich für den Schnittpunkt von Physik, Informatik und der Zukunft der Technologie interessieren, bietet dieses Feld beispiellose Möglichkeiten, an Problemen zu arbeiten, die die nächste Ära des Computings prägen werden.

Öffentliche Reaktionen

Quantenforscher begrüßen die Zugänglichkeit, die diese Werkzeuge bieten, insbesondere an Universitäten mit begrenzten Budgets. Doktoranden können nun Quantenexperimente direkt von ihren Studentenwohnheimen aus durchführen. Gamer finden es faszinierend, dass ihre Grafikkarten Quantenphysik simulieren können. Einige machen sich Sorgen um die Fähigkeit von Quantencomputern, die derzeitige Verschlüsselung zu brechen, während andere von quantengestützter Arzneimittelforschung und Klimamodellierung träumen.

Häufig gestellte Fragen

F: Was macht Quantencomputer so besonders?
A: Herkömmliche Computer verarbeiten Informationen sequenziell (eine Berechnung nach der anderen), während Quantencomputer mehrere Möglichkeiten gleichzeitig erforschen können. Es ist, als würde man ein Labyrinth lösen, indem man alle Wege auf einmal geht, anstatt sie einzeln auszuprobieren.

F: Wann werden wir echte Quantencomputer haben?
A: Begrenzte Quantencomputer existieren bereits, aber wirklich nützliche für den Alltagsgebrauch sind wahrscheinlich erst in 10-20 Jahren zu erwarten. Deshalb ist Simulation so entscheidend – sie beschleunigt die Entwicklung.

F: Können Studenten Quantencomputing lernen?
A: Ja! Viele Universitäten bieten Kurse zum Quantencomputing an, und kostenlose Online-Simulatoren ermöglichen es jedem, mit Quantenkreisen zu experimentieren. Man braucht dafür keinen Doktortitel in Physik – nur Neugier und grundlegende Programmierkenntnisse.

Building Tomorrow’s Super Computers: How Scientists Practice Quantum Computing Without Breaking the Bank

Science and Technology

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News Summary

The following content was published online. A translated summary is presented below. See the source for details.

NVIDIA has significantly upgraded its quantum computing simulation software, cuQuantum, making it possible for scientists to test and develop quantum computers without needing actual quantum hardware that costs millions of dollars. The latest update brings three major improvements: dynamic gradients that help AI learn how to design better quantum computers, support for a technique called DMRG that simulates complex quantum systems, and massive speed improvements on new hardware. Scientists designing quantum processors can now run simulations 16-26 times faster than before, allowing them to test thousands of design variations in the time it used to take to test just a few. This is crucial because real quantum computers are incredibly delicate – they must be kept colder than outer space and isolated from all vibrations. By simulating them first on regular computers with powerful graphics cards, researchers can perfect their designs before building the expensive real versions. The software helps solve one of quantum computing’s biggest challenges: figuring out how to control quantum bits (qubits) that can exist in multiple states simultaneously, unlike regular computer bits that are just 0 or 1. This breakthrough could accelerate the development of quantum computers that will revolutionize fields from medicine to cryptography.

Source: NVIDIA Developer Blog

Our Commentary

Background and Context

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Imagine trying to build the world’s most complex LEGO set, but each piece costs a million dollars and breaks if you breathe on it wrong. That’s the challenge with quantum computers. These futuristic machines promise to solve problems that would take regular computers millions of years, but they’re incredibly difficult and expensive to build.

Quantum computers work on principles of quantum physics where particles can be in multiple states at once – like a coin spinning in the air that’s both heads and tails until it lands. This “superposition” allows quantum computers to explore many solutions simultaneously, making them potentially millions of times faster than regular computers for certain problems.

Expert Analysis

The genius of quantum simulation is that it lets scientists practice building quantum computers virtually before committing to hardware. It’s like using a flight simulator to train pilots – you can crash a thousand times in the simulator without destroying a real plane. NVIDIA’s cuQuantum software turns gaming graphics cards into quantum computer simulators.

The new “dynamic gradients” feature is particularly exciting. It’s like having a coach that watches you practice and tells you exactly how to improve. When scientists design a quantum circuit, the software can now tell them precisely how each tiny adjustment will affect the outcome, allowing them to optimize designs through AI-assisted trial and error.

Additional Data and Fact Reinforcement

The numbers are staggering. A real quantum computer requires temperatures of -273°C (near absolute zero), costs tens of millions of dollars, and needs a room-sized cooling system. In contrast, the simulation runs on graphics cards that cost a few thousand dollars and fit in a regular computer. The 16-26x speedup means experiments that took a month now complete in a day.

Current quantum computers have about 100-1000 qubits (quantum bits), but simulating even 50 qubits on a regular computer requires more memory than exists in all the world’s computers combined. That’s why specialized software and hardware acceleration are crucial – they make the impossible merely difficult.

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The quantum computing race is heating up globally. Google claimed “quantum supremacy” in 2019, IBM offers cloud access to real quantum computers, and China has invested billions in quantum research. Microsoft and Amazon are developing their own quantum platforms. Each approach differs, but all rely heavily on simulation for development.

This competition drives innovation in unexpected ways. The same graphics cards powering these quantum simulations also run AI models and video games, creating a virtuous cycle where gaming technology advances science, which drives better hardware, which improves gaming.

Summary

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NVIDIA’s quantum simulation breakthrough represents a democratization of quantum computing research. By making it possible to experiment with quantum designs on (relatively) affordable hardware, more researchers can contribute to solving the immense challenges of building practical quantum computers. For students interested in the intersection of physics, computer science, and the future of technology, this field offers unprecedented opportunities to work on problems that will define the next era of computing.

Public Reaction

Quantum researchers celebrate the accessibility these tools provide, especially at universities with limited budgets. Graduate students can now run quantum experiments from their dorm rooms. Gamers find it fascinating that their graphics cards can simulate quantum physics. Some worry about quantum computers breaking current encryption, while others dream of quantum-powered drug discovery and climate modeling.

Frequently Asked Questions

Q: What makes quantum computers so special?
A: Regular computers process information sequentially (one calculation at a time), while quantum computers can explore multiple possibilities simultaneously. It’s like solving a maze by walking every path at once instead of trying them one by one.

Q: When will we have real quantum computers?
A: Limited quantum computers exist now, but truly useful ones for everyday problems are likely 10-20 years away. That’s why simulation is crucial – it accelerates development.

Q: Can students learn quantum computing?
A: Yes! Many universities offer quantum computing courses, and free online simulators let anyone experiment with quantum circuits. You don’t need a physics PhD – just curiosity and basic programming skills.

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