Национальная лаборатория Оук-Ридж заключила партнерство с австралийско-германской компанией Quantum Brilliance,

Национальная лаборатория Оук-Ридж заключила партнерство с австралийско-германской компанией Quantum Brilliance, специализирующейся на квантовых технологиях, чтобы установить, как утверждают официальные лица, первый в мире кластер параллелизированных квантовых процессоров, интегрированных в среду высокопроизводительных вычислений. Эта система, получившая прозвище «Кволл» (в честь австралийского сумчатого), стала важной вехой в развитии гибридных квантово-классических вычислений и начала работу в Лидерском вычислительном центре Оук-Риджа 2 сентября 2025 года.

Установка включает три пакета Quantum Development Kits, размещённых в тестовой среде Advanced Computing Ecosystem этого центра, в общей сложности содержащие шесть кубитов, работающих при комнатной температуре. В отличие от традиционных квантовых компьютеров, которым требуется экстремальное охлаждение почти до абсолютного нуля, система Quantum Brilliance использует азот-вакансийные центры в синтетическом алмазе для поддержания квантовой когерентности без криогенной инфраструктуры.

Подход Quantum Brilliance основан на использовании микроскопических дефектов в синтетических алмазах, где атом азота располагается рядом с пустым узлом в кристаллической решётке алмаза. Эти центры азот-вакансия служат кубитами и могут управляться с помощью лазерного света и микроволновых импульсов для выполнения квантовых алгоритмов.

«Алмаз чрезвычайно твёрдый, поэтому даже при комнатной температуре и атмосферном давлении нет достаточной тепловой энергии для возникновения вибраций, которые обычно нарушают когерентность кубитов», объяснил Андреас Савадский, менеджер по технологиям и инновациям Quantum Brilliance. Такая внутренняя стабильность устраняет необходимость в сложных системах охлаждения, из-за которых большинство квантовых компьютеров громоздки и энергозатратны.

Квантовые процессоры на основе алмаза интегрируются вместе с обычными графическими процессорами и центральными процессорами в компактном, защищённом корпусе размером примерно с видеокарту. Это позволяет системе поддерживать параллельную и гибридную работу квантово-классических операций, что, по мнению исследователей, может ускорить выполнение определённых вычислительных задач.

Комплекс Oak Ridge служит важной испытательной площадкой для изучения того, как квантовые процессоры могут в будущем ускорять задачи высокопроизводительных вычислений, подобно тому, как сегодня это делают графические процессоры (GPU). Директор программы OLCF Эшли Баркер сказала, что система поможет совершенствовать "реальные механизмы гибридных вычислений — совместное планирование заданий, настройку производительности от начала до конца, организацию данных и рабочих процессов, развитие кадров и многое другое".

По словам технического директора Quantum Brilliance доктора Маркуса Догерти, исследователи планируют тестировать систему на приложениях в вычислительной химии и машинном обучении, которые могут выиграть от параллелизации. Долгосрочное видение заключается в масштабировании кластеров квантовых процессоров наряду с классическими ускорителями в будущих архитектурах суперкомпьютеров.

"Если один квантовый процессор (QPU) способен превзойти один графический процессор (GPU) в конкретной задаче, то кластер из 100 QPU должен так же превосходить кластер из 100 GPU," — сказал генеральный директор Quantum Brilliance Марк Ло, описывая архитектурный подход компании.

Эта установка осуществляется на фоне того, что исследователи Ок-Риджа разрабатывают программные платформы для интеграции квантовых и классических вычислительных систем. В августе 2025 года ORNL опубликовала подробный план, описывающий архитектуру программного обеспечения, предназначенного для координации квантовых и классических ресурсов в единой вычислительной среде.

Монтаж также следует за выбором Ок-Риджа 20-кубитного сверхпроводящего квантового компьютера компании IQM, планируемого к поставке в третьем квартале 2025 года, что превращает объект в центр по тестированию различных подходов к квантовым вычислениям наряду с экзафлопсным суперкомпьютером Frontier.

Трэвис Хамбл, директор Центра квантовых наук Министерства энергетики США в ORNL, охарактеризовал исследования по интеграции квантовых и высокопроизводительных вычислений как «фундаментальную часть стратегии лаборатории на пути к созданию вычислительных систем следующего поколения класса мировых лидеров».