새로운 기술을 육성하기 위해서는 많은 노력이 필요하죠. NVIDIA는 구글 퀀텀 AI(Google Quantum AI), IBM 같은 기업들과 양자 컴퓨팅을 다음 단계로 발전시키기 위해 협력하고 있습니다.
양자 컴퓨팅(Quantum computing)은 약물 개발, 기후 연구, 머신 러닝, 금융 등의 분야에서 이전에 해결할 수 없었던 문제를 해결할 수 있다는 가능성을 제시합니다. 잠재력은 크지만 어려움도 크죠.
오늘날의 양자 컴퓨터는 유용한 문제를 해결하기에는 너무 작고 오류가 발생하기 쉬우며, 어떤 양자 알고리즘이 기존 컴퓨터보다 더 큰 이점을 제공할지 아직 분명하지 않습니다.
NVIDIA는 양자 컴퓨팅 연구 발전을 돕기 위한 일환으로 기존 시스템에서 양자 컴퓨터 시뮬레이션 속도를 높이는 cuQuantum 소프트웨어 개발 키트(SDK)를 GTC 2021에서 발표했습니다.
시뮬레이션은 현재 양자 하드웨어에서 불가능한 규모와 성능으로 새로운 양자 알고리즘을 빠르게 설계하고 테스트할 수 있게 해줍니다. 또한 차세대 양자 하드웨어 검증과 벤치마킹에도 중요한 역할을 하죠.
NVIDIA는 이 작업의 가속화를 돕고 있습니다. 지금 cuQuantum의 첫 번째 라이브러리를 공개 베타 버전으로 다운로드할 수 있습니다.
cuStateVec이라는 상태 벡터 시뮬레이션 가속기로 메모리에서 시스템의 전체 상태를 추적하고 수십 큐비트로 확장할 수 있게 해줍니다.
12월에 출시 예정인 두 번째 라이브러리인 cuTensorNet은 텐서 네트워크 방식을 사용하는 가속기로 일부 유망한 단기 알고리즘에서 최대 수천 개의 큐비트를 처리할 수 있습니다.
주요 프레임워크에서 사용 가능
cuStateVec는 양자 컴퓨터 프로그래밍을 위한 오픈 소스 프레임워크인 Cirq를 통해 이용 가능한 구글 퀀텀 AI의 상태 벡터 시뮬레이터 qsim에 통합됐습니다. 사용자는 cuQuantum을 다운로드해 Cirq를 사용하는 모든 곳에서 지금 바로 사용할 수 있습니다.
구글 퀀텀 AI의 캐서린 볼그라프 하이드와일러(Catherine Vollgraff Heidweiller)는 “양자 컴퓨팅은 기존 시스템이 도달할 수 없는 컴퓨팅 분야의 어려운 문제 해결을 약속합니다. 이 고성능 시뮬레이션 스택은 양자 컴퓨터용 알고리즘과 애플리케이션을 개발하는 전 세계 연구자들의 작업을 가속화할 것입니다”라고 말했습니다.
NVIDIA는 또한 cuQuantum 통합 계획도 발표했는데요. 12월부터 cuStateVec은 IBM의 양자 회로용 고성능 시뮬레이터 프레임워크인 Qiskit Aer와 함께 사용할 수 있습니다.
cuQuantum을 지원하는 대규모 커뮤니티
양자 컴퓨팅 업계의 많은 리더들이 NVIDIA cuQuantum SDK를 도입하고 있습니다.
오크리지(Oak Ridge), 아르곤(Argonne), 로렌스 버클리(Lawrence Berkeley), 퍼시픽 노스웨스트(Pacific Northwest) 등의 미국 국립 연구소는 물론 칼텍(Caltech), 옥스포드(Oxford), MIT와 같은 대학 연구 그룹과 IonQ 등의 기업들이 cuQuantum을 각 워크플로우에 통합하고 있습니다.
프랑스 파리에 위치한 양자 컴퓨팅 스타트업 파스칼(Pasqal)은 cuQuantum으로 대규모 시뮬레이션을 수행하기 위해 NVIDIA DGX POD를 구매했는데요. 파스칼의 혁신은 약물 디자인과 스마트 모빌리티와 같은 영역의 작업 가속화를 도울 것입니다.
로익 헨리에트(Loic Henriet) 파스칼 최고기술책임자(CTO)는 “양자 시스템의 대규모 시뮬레이션을 수행하는 강력한 능력은 당사의 작업에 매우 중요합니다. cuQuantum 소프트웨어와 DGX A100 하드웨어의 결합은 발전 속도를 크게 가속화할 것으로 기대합니다”라고 말했습니다.
양자 시뮬레이션 활용
개발자가 바로 이용할 수 있도록 NVIDIA DGX A100시스템에서의 실행이 최적화된 컨테이너에 시뮬레이션 소프트웨어를 넣어 DGX 양자 어플라이언스를 구축했습니다.
여기에는 cuQuantum과 NVIDIA HPC SDK는 물론, Google Quantum AI의 Cirq 프레임워크와 qsim 시뮬레이터가 포함되는데요. 이 소프트웨어는 내년 초 NGC 카탈로그에서 이용할 수 있습니다.
NVIDIA는 쇼어(Shor) 알고리즘, 랜덤 양자 회로, VQE(variational quantum eigensolver)와 같은 양자 컴퓨팅의 주요 문제에 어플라이언스 소프트웨어를 사용하여 동급 최고의 성능을 입증했습니다.
지금 cuQuantum을 사용해 양자 연구를 가속화하세요!
온라인으로 개최된 NVIDIA GTC에서 cuQuantum에 대해 자세히 알아보세요! 아래에서 NVIDIA 창립자 겸 CEO 젠슨 황(Jensen Huang)의 GTC 키노트도 확인할 수 있습니다.