Projekt EuroQHPC-Integration powstał z inicjatywy EuroHPC JU i sześciu konsorcjów w celu stworzenia europejskiej infrastruktury umożliwiającej integrację technologii kwantowych z superkomputerami. Projekt ten, który zainaugurowano przy okazji szczytu EuroHPC Summit w Krakowie, ma ułatwiać ujednolicenie poziomu doświadczeń użytkowników z korzystania z infrastruktury, opracowanie wspólnych aplikacji i benchmarków, opracowanie i wykorzystanie wspólnych standardów oraz zapewnienie wspólnego wsparcia dla użytkowników.
W 2023 r. EuroHPC JU podpisało umowy hostingowe z sześcioma lokalizacjami na terenie Europy w celu hostingu i obsługi komputerów kwantowych. Urządzenia te umożliwią europejskim użytkownikom badanie różnych technologii kwantowych w połączeniu z wiodącymi superkomputerami.
Wszystkie sześć zamówień na komputery kwantowe EuroHPC udało się pomyślnie zakończyć. To kolejny krok w kierunku europejskiej hybrydowej infrastruktury HPC-QC. Nadszedł czas, aby społeczność podjęła działania w kierunku integracji tych urządzeń z odpowiednimi superkomputerami, z korzyścią dla europejskiej otwartej społeczności badawczej.
Sześć podmiotów i ich partnerzy utworzyli wspólny projekt o nazwie EuroQHPC-Integration, w ramach którego postanowili połączyć swoje wysiłki w zakresie czterech głównych obszarów:
- Harmonizacja doświadczenia użytkownika na wszystkich sześciu hybrydowych platformach HPC-QC;
- Wspólne opracowywanie sprawdzonych aplikacji i benchmarków działających na różnych hybrydowych systemach HPC-QC;
- Wkład w działania standaryzacyjne;
- Wspólny zespół wsparcia technicznego dla aplikacji i przypadków użycia.
Projekt ten, koordynowany przez GENCI, skupia 30 partnerów z 17 krajów europejskich i opiera się na sześciu komputerach kwantowych o różnych architekturach (neutralne atomy, nadprzewodzące kubity o różnych topologiach, wyżarzanie kwantowe, fotonika, uwięzione jony), które zostaną połączone z sześcioma europejskimi superkomputerami tworzącymi bezprecedensową hybrydową infrastrukturę HPC/QC.
Spotkanie inaugurujące projekt odbyło się przy okazji szczytu EuroHPC Summit w Krakowie. Oto wypowiedzi przedstawicieli partnerów projektu:
EuroQCS France
– EuroQCS France z dumą przyjmuje odpowiedzialność za koordynację tego projektu. EuroQHPC Integration to europejski projekt oparty na infrastrukturze kwantowej EuroHPC. Bogactwo tego projektu polega na połączeniu zróżnicowanych technologii i różnych podejść przyjętych przez partnerów. Inicjatywa ta, która jest unikalna w europejskim, a nawet międzynarodowym ekosystemie, ma na celu zjednoczenie i połączenie wiedzy specjalistycznej i informacji zwrotnych od podmiotów hostingowych w zakresie integracji HPCQC. Ostateczną intencją jest posiadanie wspólnych środowisk i usług, opartych głównie na platformie federacyjnej EuroHPC. Integracja EuroQHPC ma na celu wprowadzenie całej gamy usług i wspólnych inicjatyw, w tym ułatwienie dostępu do urządzeń użytkowników, wzajemne testowanie i wspólne testy porównawcze, dzielenie się najlepszymi praktykami i wsparcie użytkowników – oświadczyła Sabine Mehr, szefowa działu obliczeń kwantowych w GENCI.
EuroQCS-France to konsorcjum kierowane przez GENCI jako podmiot goszczący i CEA jako ośrodek goszczący, wraz z University Politechnica w Buchareszcie (UPB, Rumunia), Forschungszentrum Juelich (FZJ, Niemcy) i Irish Centre for High-End Computing (ICHEC, Irlandia), wybrane przez EuroHPC JU w 2022 r. w wyniku zaproszenia do wyrażenia zainteresowania EUROHPC-2022-CEI-QC-01.
EuroQCS-France ma na celu zapewnienie europejskim otwartym społecznościom badawczym dostępu do fotonicznego komputera kwantowego sprzężonego z superkomputerem Joliot-Curie, podobnie jak 100-kubitowy symulator kwantowy Pasqal Ruby, nabyty w ramach projektu HPCQS.
– Włochy mocno wierzą w technologię neutralnych atomów, szczególnie ze względu na jej potencjalne zastosowania i skalowalność” – powiedział Daniele Ottaviani, szef działu obliczeń kwantowych w Cineca i lider WP6-EuroQCS-Italy. „W ramach projektu EuroQHPC-Integration konsorcjum EuroQCS-Italy skupi się na opracowaniu pełnego stosu integracyjnego, od oprogramowania pośredniczącego po oprogramowanie i hybrydowe algorytmy kwantowo-klasyczne. Wspólnie z naszymi partnerami zapewnimy płynną interoperacyjność między systemami kwantowymi i klasycznymi, wdrażając nasze rozwiązania na platformach kwantowych wszystkich partnerów EuroQHPC-Integration.
EuroQCS-Italy będzie wyposażony w 140-kubitowy analogowy neutralny atomowy komputer kwantowy Orion Beta, dostarczony przez firmę Pasqal, który zostanie później zmodernizowany do hybrydowego systemu analogowo-cyfrowego. Urządzenie to będzie hostowane w Tecnopolo di Bologna przez Cineca i zintegrowane z superkomputerem EuroHPC Leonardo. Równolegle Włochy nabyły już 54-qubitowy nadprzewodnikowy komputer kwantowy IQM Radiance, którego dostawę i instalację zaplanowano na czwarty kwartał 2025 roku. Ten nadprzewodnikowy system również zostanie zintegrowany z Leonardo, jeszcze bardziej zwiększając hybrydowe możliwości obliczeń kwantowo-klasycznych superkomputera. Konsorcjum EuroQCS-Italy jest prowadzone przez Cineca i obejmuje Academic and Research Network w Słowenii (ARNES), Jožef Stefan Institute (IJS) w Słowenii oraz Forschungszentrum Jülich (FZJ) w Niemczech.
– Ogromnie się cieszymy, że mamy komputer kwantowy o takiej unikalnej topologii. Architektura ta znacząco poprawi wydajność obliczeń kwantowych. Topologia gwiazdy oferuje optymalne połączenia między kubitami, minimalizując liczbę narzuconych sprzętowo operacji MOVE/SWAP. Dzięki tej topologii możemy lepiej wykorzystać czas koherencji i wykonywać głębsze obwody kwantowe w szerokim zakresie zastosowań, od sztucznej inteligencji po złożone symulacje systemowe – powiedział Branislav Jansik, dyrektor ds. usług superkomputerowych w IT4Innovations.
Komputer kwantowy konsorcjum LUMI-VLQ będzie oparty na nadprzewodzących kubitach w topologii gwiazdy. Topologia ta minimalizuje liczbę tak zwanych operacji wymiany, umożliwiając wykonywanie wysoce złożonych algorytmów kwantowych. System będzie składał się z 24 fizycznych kubitów połączonych z centralnym rezonatorem. VLQ będzie zlokalizowany w Ostrawie, w Czechach, w Narodowym Centrum Superkomputerowym IT4Innovations, będącym częścią VSB – Uniwersytetu Technicznego w Ostrawie.
VLQ będzie dostępny dla szerokiego grona europejskich użytkowników, od społeczności naukowej po przemysł i sektor publiczny. Będzie wspierać rozwój różnych aplikacji o znaczeniu przemysłowym, naukowym i społecznym dla Europy, dodając nowe możliwości do europejskiej infrastruktury superkomputerowej.
Konsorcjum LUMI-Q zapewni ogólnoeuropejskie środowisko obliczeń kwantowych zintegrowane z infrastrukturą EuroHPC. Pozwoli to na integrację docelowego komputera kwantowego EuroHPC z superkomputerem EuroHPC KAROLINA w Czechach, LUMI w Finlandii i EHPCPL w Polsce.
Konsorcjum LUMI-Q to prawdziwie ogólnoeuropejska współpraca obejmująca osiem krajów europejskich: Czechy, Belgię, Danię, Finlandię, Norwegię, Holandię, Polskę i Szwecję.
EuroQCS Poland
– EuroQCS-Poland koncentruje się na integracji komputera kwantowego PIAST-Q z uwięzionymi jonami z infrastrukturą superkomputerową PCSS, zapewniając płynną łączność między komponentami kwantowymi i sprzętowymi HPC. W ramach projektu EuroQHPC-Integration wniesiemy wkład w integracje specyficzne dla aplikacji w celu optymalizacji hybrydowych przepływów pracy kwant-HPC, w tym biblioteki HPC-QC o otwartym kodzie źródłowym, narzędzia, środowiska programowania dla wielu użytkowników oraz niskopoziomową sprzętową integrację eksperymentalną HPC-QC – powiedział Krzysztof Kurowski, Koordynator Konsorcjum EuroQCS-Poland.
EuroQCS-Poland będzie odpowiedzialny za cyfrowy komputer kwantowy oparty na bramkach z uwięzionymi jonami, oferujący ponad 20 fizycznych kubitów. Ten należący do EuroHPC JU system będzie hostowany w Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym (PCSS) w Polsce i zintegrowany z lokalną infrastrukturą obliczeń o wysokiej wydajności, umożliwiając zdalny dostęp za pośrednictwem superkomputera podłączonego do sieci PIONIER NREN.
W ramach projektu EuroQHPC-Integration, PCSS będzie przewodniczyć konsorcjum EuroQCS-Polska, w skład którego wchodzi dwóch dodatkowych polskich partnerów – Centrum Fizyki Teoretycznej PAN i Creotech Instruments S.A., a także jeden partner akademicki z Łotwy, Uniwersytet Łotewski.
PCSS stoi na czele inicjatywy EuroQCS-Polska, nadzorując pełną integrację rozwoju sprzętu i oprogramowania, zapewniając jednocześnie kompleksowe wsparcie aplikacji i użytkowników w celu zapewnienia płynnego działania hybrydowej infrastruktury obliczeń klasyczno-kwantowych. Centrum Fizyki Teoretycznej PAN odegra kluczową rolę w opracowywaniu technik wydajnej charakteryzacji i ograniczania błędów dostosowanych do systemu kwantowego z uwięzionymi jonami, zwiększając dokładność i niezawodność operacji kwantowych.
Creotech Instruments opracuje zaawansowany podsystem w celu złagodzenia błędów i zwiększenia wydajności obliczeń kwantowych, koncentrując się na integracji sprzętu klasyczno-kwantowego o niskim opóźnieniu, co stanowi niezbędny czynnik dla wysokowydajnych obliczeń kwantowych. Natomiast Uniwersytet Łotewski, znany ze swojej pionierskiej pracy w dziedzinie kwantowych spacerów i projektowania algorytmów, skupi się na opracowywaniu i testowaniu nowych algorytmów kwantowych. Ich doświadczenie w zakresie dolnych granic kwantowych będzie miało zasadnicze znaczenie dla optymalizacji obliczeń kwantowych.
– W ramach projektu EuroQHPC-Integration konsorcjum EuroQCS-Spain będzie rozwijać język programowania zadań PyCOMPSs, aby wspierać rozwój hybrydowych kwantowo-klasycznych przepływów pracy. Dysponujemy doświadczeniem w zakresie eksperymentalnych obliczeń kwantowych od zespołu IFAE, który pomoże nam w opracowaniu odpowiednich technik analizy porównawczej dla tych komputerów. Wspólnie z INL opracujemy nowe hybrydowe algorytmy kwantowe i ich zastosowania oraz wykorzystamy nasze wyniki w praktyce, wdrażając je w komputerach kwantowych wszystkich partnerów EuroQHPC-Integration – stwierdził Alba Cervera Lierta, starszy badacz w BSC i koordynator WP5-EuroQCS Spain.
Komputer kwantowy EuroQCS-Spain będzie analogowym komputerem kwantowym (wyżarzaczem kwantowym) zlokalizowanym w Barcelona Supercomputing Center (BSC) w Hiszpanii. Wraz z cyfrowym komputerem kwantowym z obwodami nadprzewodzącymi z inicjatywy Quantum Spain, oba urządzenia kwantowe zostaną zintegrowane z MareNostrum Ona, kwantową partycją obliczeniową superkomputera EuroHPC MareNostrum5. Technologia zostanie dostarczona przez firmy Qilimanjaro Quantum Tech i DoITNow. Konsorcjum EuroQCS-Spain jest prowadzone przez BSC i obejmuje Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) z Hiszpanii oraz International Iberian Nanotechnology Laboratory (INL) z Portugalii.
