W lutym 2022 roku jako pierwsza instytucja w Europie Środkowej, do sieci IBM Quantum Network dołączyło Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe (PCSS), afiliowane przy Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN. Teraz, poprzez podpisanie umowy członkowskiej z PCSS, będącym operatorem polskiego węzła IBM Quantum Network Hub, dołącza Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu.
Naszym założeniem od początku realizacji projektu było wzmacnianie krajowych kompetencji w zakresie informatyki kwantowej i wsparcie rozwoju zastosowań tej nowoczesnej technologii. W ramach dotychczasowego finansowania, zapewniono dostęp do fizycznych komputerów kwantowych IBM, na których uruchomiono eksperymenty obliczeniowe z różnych obszarów wyzwań naukowych – stwierdza Minister Janusz Cieszyński, Sekretarz Stanu w Kancelarii Prezesa Rady Ministrów.
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, otrzymał już pozytywną opinię IBM co do zakresu swoich prac B+R oraz realizowanych projektów z zakresu obliczeń kwantowych. Fakt ten poprzedzał okres eksperymentów, realizowanych w ramach współpracy z PCSS, dzięki finansowaniu z Kancelarii Prezesa Rady Ministrów, które poza dostępem do największego komputera kwantowego, obejmowało również przygotowanie i merytoryczne wsparcie zespołów.
Celem eksperymentów prowadzonych przez zespoły UAM pod kierownictwem dr hab. Karola Bartkiewicza, prof. UAM jest zidentyfikowanie obszarów zastosowań komputerów kwantowych. Można wyróżnić trzy główne grupy, tj. symulatory kwantowe (głównie fizyka i chemia), sztuczna inteligencja oraz optymalizacja. Wszystkie te grupy mają zasadnicze znaczenie dla rozwoju nauki i gospodarki. Obszary badań podstawowych i aplikacyjnych, w których upatruje się zastosowań komputerów kwantowych, to np. nowe materiały – baterie, wykrywanie defektów, materiały półprzewodnikowe, przewidywanie właściwości chemicznych, odkrywanie nowych leków, projektowanie produktów chemicznych. Są to także wyzwania dotyczące nowych katalizatorów, optymalizacji procesów chemicznych, klasyfikacji w fizyce wysokich energii, klasyfikacji transakcji finansowych, rekomendacji produktów, a także wykrywania oszustw. Osobiście najbardziej interesuje mnie możliwość modelowania złożonych kwantowych układów otwartych, które może doprowadzić do powstania np. nowych czujników o zwiększonej dokładności – wyjaśnia prof. Bartkiewicz.
Innym fundamentalnym zastosowaniem dającym przewagę w uruchamianiu kwantowych algorytmów uczenia maszynowego jest ich zdolność do uczenia się pojęć o naturze kwantowej, co jest w praktyce nieosiągalne dla klasycznych maszyn. Z wykorzystaniem dostępu do komputerów kwantowych przez zespół z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza przeprowadzone zostały eksperymenty z generatywnymi modelami stanów kwantowych QGAN (ang. Quantum Generative Adversarial Network) oraz SQGEN (ang. Synergic Quantum Generative Network).
Otrzymanie przez Poznańskie Centrum Superkomuterowo – Sieciowe nowoczesnego, pierwszego w Europie Środkowo – Wschodniej hubu kwantowego, znalezienie się w elitarnej grupie IBM przysłużyło się także poznańskiemu środowisku naukowemu. Dowodem tego jest podpisana dziś umowa i dołączenie Uniwersytetu Adam Mickiewicza do sieci IMB Quantum Network. Byłam o tym przekonana już w lutym tego roku kiedy PCSS zyskał dostęp do mocy obliczeniowych komputera kwantowego. Technologie nie będą rozwijać się bez współpracy między jednostkami, dlatego ogromnie cieszy dołączenie przez UAM do projektu. W dobie wysokiego zagrożenia związanego z cyberprzestępczością współpraca i wysokie nakłady na badania i rozwój w tym obszarze są niezbędne – podkreśla posłanka Jadwiga Emilewicz
Zainteresowanie włączeniem się do sieci IBM Quantum i wykorzystaniem komputerów kwantowych, sygnalizują także inne polskie instytucje naukowe. Opracowywane są nowe algorytmy kwantowe w optymalizacji kombinatorycznej i ich zastosowania w problemach szeregowania zadań, a także algorytmy kwantowe w problemach logistyki i magazynowania – zapowiada dr hab. inż. Krzysztof Kurowski z PCSS.
Współpracą w ramach IMB Quantum Hub zainteresowane są również inne instytucje i podmioty gospodarcze.
O dostępie do komputerów kwantowych IBM Quantum (quantum.psnc.pl)
W pierwszych kilku miesiącach funkcjonowania Polskiego Węzła Obliczeń Kwantowych wykonano ponad 2 miliardy obwodów kwantowych na różnych komputerach kwantowych IBM Quantum i wykonano ponad 17.000 zadań obliczeniowych.
Od momentu uruchomienia dostępu do komputerów IBM Quantum użytkownicy mają możliwość uzyskania wsparcia technicznego oraz merytorycznego w zakresie eksperymentów przeprowadzanych na zdalnej infrastrukturze komputerów kwantowych IBM Quantum. Powołany krajowy zespół wsparcia wraz z zespołami firmy IBM tworzącymi pakiety otwartego oprogramowania narzędziowego Qiskit, jest w stanie w skuteczny sposób pomóc użytkownikom w projektowaniu, implementacji i testowym uruchomieniu algorytmów kwantowych. Pełne wsparcie dla użytkowników oferowane jest również na etapie eksperymentów obliczeniowych prowadzonych na różnych komputerach kwantowych IBM Quantum wraz z niezbędną pomocą na etapie weryfikacji i analizy uzyskanych wyników.
W ramach Polskiego Węzła Obliczeń Kwantowych dostępnych jest też szereg narzędzi administracyjnych pozwalających na monitorowanie przez użytkowników stanu wykorzystania zasobów komputerów kwantowych, w tym monitorowana jest liczba uruchomień obwodów na komputerach kwantowych IBM Quantum, średni czas oczekiwania zadań obliczeniowych i czas wykorzystania komputerów kwantowych IBM Quantum. Polscy użytkownicy mają również możliwość rezerwacji na wyłączność komputerów kwantowych: IBM Kolkata oraz IBM Toronto. Taka rezerwacja zasobów umożliwia im przeprowadzenie znaczniej bardziej zaawansowanych i bardziej obciążających eksperymentów obliczeń kwantowych, bez konieczności umieszczania zadań obliczeniowych w kolejce komputera kwantowego. Ponadto, użytkownicy mają również zapewniony stały dostęp do symulatorów komputerów kwantowych uruchomionych na klasycznej architekturze superkomputera, dzięki czemu możliwa jest weryfikacja wyników ich eksperymentów zarówno przy użyciu idealnych, jak i zaszumionych symulacji obliczeń kwantowych.
O PCSS (www.pcss.pl)
Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe afiliowane przy Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN jest znanym w skali międzynarodowej węzłem europejskiej przestrzeni badawczej w zakresie infrastruktury informatycznej nauki oraz ważnym centrum badawczo-rozwojowym w zakresie technologii informacyjno-komunikacyjnych. Jako centrum rozwojowe stanowi ważny element globalnej bazy badań i rozwoju, realizując projekty głównie w ramach kolejnych Programów Ramowych Unii Europejskiej, ale także wspierając inicjatywy R&D z ponad tysiącem partnerów z całego świata. PCSS konsekwentnie rozbudowuje własną infrastrukturę obliczeniową HPC, a systemy PCSS są notowane na listach TOP500 oraz GREEN500. W ostatnich latach Centrum aktywnie bierze udział także w kwantowych wyzwaniach, które stoją przed współczesną informatyką.
Dysponując nowoczesną, ogólnokrajową siecią światłowodową PIONIER łączy potencjał badawczy polskich jednostek naukowych z dostępem do europejskich i światowych instytucji; w ramach tej sieci polscy naukowcy już od kilku lat mają bezpośrednie połączenie z Europejską Organizacją Badań Jądrowych CERN. Mając spore doświadczenie na polu obliczeń superkomputerowych, rozwoju technologii gridowych i chmurowych oraz przetwarzania dużych zbiorów danych (big data), PCSS uczestniczy aktywnie w inicjatywach HPC związanych z wielodziedzinowymi zastosowaniami nauki i techniki. Obecnie aż dziesięć realizowanych w Centrum projektów znalazło się na Polskiej Mapie Infrastruktury Badawczej (PMIB); część z nich dotyczy rozwoju technologii obliczeniowych HPC (jak PRACE-LAB, czy KMD - Krajowy Magazyn Danych), a niektóre, jak choćby NLPQT (Narodowe Laboratorium Fotoniki i Technologii Kwantowych), PRACE-LAB2 oraz Euro-HPC PL szeroko uwzględniają technologie kwantowe. W ramach rozwoju zaawansowanych technologii w PCSS uruchomiono niedawno pierwszy w Polsce system kryptografii kwantowej, która działa w operacyjnym środowisku telekomunikacyjnym i zapewnia bezpieczne połączenia sieciowe z wykorzystaniem innowacyjnych rozwiązań wykorzystujących w praktyce technologie kwantowe do komunikacji sieciowej. Od lutego 2022 roku PCSS jest odpowiedzialne za funkcjonowanie Krajowego Węzła Obliczeń Kwantowych w ramach IBM Quantum Network zrzeszających krajowych i międzynarodowych ekspertów oraz użytkowników zainteresowanych rozwojem oraz zastosowaniami obliczeń kwantowych.
Fot. Adrian Wykrota
