NVIDIA는 양자 컴퓨팅의 선도자들과 협력하며 미래의 초고성능 시스템 프로그래밍에 요구될 개발자용 툴들을 구축합니다.
오늘날의 고성능 컴퓨터로 시뮬레이션하는 양자 컴퓨팅 작업의 규모와 성능은 오류에 취약하고 규모도 작은 양자 시스템의 한계를 가뿐히 뛰어넘습니다. 이는 전통적인 HPC 시스템이 양자 연구의 적합한 방향성 확립에 기여하고 있음을 보여주죠.
양자 컴퓨터가 개선됨에 따라 연구자들은 양자 컴퓨터와 전통적 컴퓨터가 함께 작동하며 각자의 시스템에 가장 적합한 작업들을 처리하는 하이브리드 컴퓨팅 모델의 비전을 공유하고 있는데요. 이러한 시스템들이 폭넓게 활용되기 위해서는 효율적이고 사용이 간편한 통합 프로그래밍 환경이 필요합니다.
NVIDIA는 이 같은 컴퓨팅의 미래를 열어줄 길을 구축합니다. NVIDIA cuQuantum 등의 상용 툴 출시를 시작으로 IBM과 미국 오크릿지국립연구소(Oak Ridge National Laboratory), 파스칼(Pasqal) 등의 기관 및 기업과 협업을 이어가고 있죠.
공통 소프트웨어 레이어
양자 컴퓨팅의 미래를 위한 첫 단계로 NVIDIA는 새로운 양자 컴파일러를 개발하고 있습니다. nvq++라고 불리는 이 컴파일러의 타깃은 ‘양자 중간 표현(Quantum Intermediate Representation, QIR)’인데요. QIR은 양자 컴퓨터와 전통적 컴퓨터의 소통에 사용되는 낮은 사양의 기계 언어를 의미합니다.
오크릿지국립연구소와 퀀티눔(Quantinuum), 퀀텀 서킷 Inc.(Quantum Circuits Inc.)의 연구진은 국제 오픈 소스 단체인 리눅스 재단(Linux Foundation)이 이끄는 QIR 얼라이언스(QIR Alliance)를 채택했습니다. 이에 따른 애그노스틱(agnostic) 프로그래밍 방식으로 양자 컴퓨터와 전통적 컴퓨터 모두에서 최고의 성능을 끌어낼 수 있게 되었죠.
오크릿지국립연구소의 연구자들이 이 새로운 소프트웨어의 최초 사용자가 될 전망입니다.
종래에는 HPC 커뮤니티 차원에서 이 하이브리드 시스템용 통합 프로그래밍 모델을 채택할 것으로 기대하고 있습니다.
즉시 사용이 가능한 양자 툴
하이브리드 양자 시스템을 마냥 기다리고만 있을 필요는 없습니다. 가속 컴퓨팅과 NVIDIA의 툴을 사용해 세계적 수준의 양자 연구를 지금 바로 시작할 수 있는데요.
이미 출시를 마친 NVIDIA cuQuantum의 경우, 텐서 네트워크와 상태 벡터용 라이브러리를 활용해 복잡한 양자 회로 시뮬레이션을 실행합니다.
또한 NVIDIA DGX A100 시스템에 최적화된 cuQuantum 작업의 실행에 필요한 구성 요소 일체를 갖춘 컨테이너인 NVIDIA cuQuantum DGX Appliance가 베타 릴리스로 제공되고 있습니다.
연구자들은 이러한 제품들에 힘입어 현장의 난관들을 헤쳐 나가고 있습니다.
예를 들어 QC 웨어(QC Ware)는 로렌스버클리국립연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory)의 슈퍼컴퓨터인 펄머터(Perlmutter)에서 cuQuantum을 사용해 양자 화학과 양자 머신 러닝 알고리즘을 실행합니다. 이 연구를 통해 신약 개발과 기후 과학의 발전을 꾀하고 있죠.
양자 생태계의 확장
NVIDIA의 양자 테크놀로지를 도입하는 기업들의 생태계 또한 확장되고 있습니다.
일례로 재너두(Xanadu)는 양자 머신 러닝과 양자 화학을 위한 오픈 소스 프레임워크인 페니레인(PennyLane)에 cuQuantum을 통합했습니다. 오크릿지국립연구소는 텐서 네트워크 양자 회로 시뮬레이션용 프레임워크인 TNQVM에 cuQuantum을 도입했죠.
다른 기업들 또한 자사의 상용 양자 시뮬레이터와 프레임워크에 cuQuantum을 지원하고 있는데요. 클래시크(Classiq)의 클래시크 양자 알고리즘 디자인(Classiq Quantum Algorithm Design platform) 플랫폼과 자파타 컴퓨팅(Zapata Computing)의 오퀘스트라(Orquestra) 등을 예로 들 수 있습니다.
이들은 작년 11월에 NVIDIA 소프트웨어의 지원을 발표한 구글 퀀텀 AI(Google Quantum AI)와 IBM, 아이온큐(IonQ), 파스칼 같은 기존 협업자들의 대열에 동참하게 됐습니다.
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