Учёные создали «многопользовательский режим» для квантовых компьютеров

Учёные Колумбийского университета разработали новую вычислительную технологию HyperQ, которая впервые позволяет нескольким пользователям одновременно запускать программы на одном квантовом компьютере. Результаты исследования были представлены в июле на 19-м симпозиуме USENIX по проектированию и внедрению операционных систем (OSDI '25).

HyperQ представляет собой технологию виртуализации, разделяющую физическое оборудование квантового компьютера на несколько изолированных квантовых виртуальных машин (qVM). Специальный интеллектуальный планировщик распределяет задачи между этими виртуальными машинами, что позволяет эффективно балансировать рабочие нагрузки.

Традиционно квантовые компьютеры на вентилях поддерживают только однопользовательские операции из-за внутренней взаимосвязанности кубитов. При этом стоимость разработки малогабаритной квантовой вычислительной системы составляет от 10 до 15 миллионов долларов, а расходы на обслуживание превышают миллион долларов в год. Новая технология позволяет значительно повысить эффективность использования этих дорогостоящих ресурсов.

Ключевая инновация HyperQ заключается в решении проблемы «шума» в квантовом сигнале, который может распространяться по всей системе. Технология изолирует каждую квантовую виртуальную машину «буфером» из неактивных кубитов, что предотвращает возникновение шумовых «перекрёстных помех».

В отличие от предыдущих разработок, требовавших специализированных компиляторов и предварительного знания о совместно работающих программах, HyperQ использует концепцию «динамического мультипрограммирования». Это позволяет системе работать с существующими инструментами квантового программирования, что делает её более гибкой и практичной для реального применения.

Исследователи протестировали HyperQ на квантовом компьютере IBM Brisbane с 127 кубитами. Согласно полученным результатам, технология сократила среднее время ожидания пользователя до 40 раз, уменьшив сроки выполнения проектов с нескольких дней до нескольких часов. Кроме того, количество выполняемых квантовых программ увеличилось в десять раз.

В будущем разработчики планируют расширить возможности HyperQ для совместимости с различными архитектурами квантовых вычислений, включая машины других производителей, помимо IBM.

Источник: Live Science