Les scientifiques ont inventé une nouvelle technologie informatique qui permet à plusieurs personnes d’exécuter des programmes sur un ordinateur quantique pour la première fois.
Surnommé « Hyperq », le nouveau système est un type de technologie de virtualisation qui équilibre les charges de travail en divisant le matériel physique d’un ordinateur quantique en plusieurs machines virtuelles quantiques isolées (QVM) qui sont ensuite chargées d’un planificateur intelligent.
Ce planificateur exploite « comme un maître lecteur Tetris » qui rassemble plusieurs QVM pour exécuter simultanément sur différentes parties d’une seule machine, ont déclaré des représentants de Columbia dans un déclaration. Le résultat final est un ordinateur quantique unique capable de prendre en charge plusieurs utilisateurs exécutant différentes applications. Les scientifiques ont publié leurs résultats en juillet, dans une nouvelle étude qui a figuré dans le 19e Symposium Usenix sur la conception et la mise en œuvre du système d’exploitation (OSDI ’25).
« Hyperq apporte une virtualisation de style cloud à l’informatique quantique », coauteur d’étude Jason Niehle professeur d’informatique à Columbia Engineering, a déclaré dans le communiqué. « Il permet à une seule machine d’exécuter plusieurs programmes à la fois – aucune interférence, pas d’attente en ligne. »
Efficacité grâce à la virtualisation
Les ordinateurs quantiques typiques à base de portes sont coûteux par rapport à leurs homologues binaires. Selon Données de Quantum Zeitgeistles coûts de recherche et développement d’un système informatique quantique à petite échelle varie de 10 millions de dollars à 15 millions de dollars. C’est avant que les coûts de l’entretien, qui sont estimés à plus d’un million de dollars par an, avec le développement de logiciels et de programmes en plus.
Malgré le développement élevé et les coûts opérationnels, la plupart des ordinateurs quantiques ne sont généralement que capables de soutenir opérations à usage unique En raison de l’interprètement interconnecté nature qubits – L’équivalent quantique des bits informatiques classiques – ils comprennent.
Les chercheurs se sont inspirés de la technologie de virtualisation qui alimente les services modernes de cloud computing tels que les services Web d’Amazon (AWS) et Microsoft Azure. Dans un environnement de machine virtuelle informatique classique (VM), une couche logicielle appelée hyperviseur ou moniteur de machine virtuelle alloue des ressources inutilisées à des machines virtuelles individuelles qui s’exécutent entièrement indépendantes les unes des autres.
Dans un environnement quantique, cependant, les informaticiens doivent prendre en compte le « bruit » dans le signal quantique qui pourrait se propager à travers le système. Hyperq contourne ce problème en isolant chaque QVM avec un « tampon » de qubits qui restent inactifs, annulant ainsi le potentiel de « diaphonie » bruyante.
« Les efforts précédents nécessitaient des compilateurs spécialisés et devaient savoir exactement quels programmes se dérouleraient à l’avance », a déclaré l’auteur principal du journal Runzhou Taoancien doctorant au Columbia’s Software System Laboratory. « Notre approche fonctionne dynamiquement avec les outils de programmation quantique existants, qui est beaucoup plus flexible et pratique pour une utilisation réelle. »
Multiprogrammation dynamique
Les programmes quantiques s’exécutent généralement via un modèle prévisible de qubits. Hyperq détermine les plages horaires optimales pour chaque demande d’utilisateur et alloue des ressources dans le temps et l’espace en déterminant quels qubits seront nécessaires pour chaque demande et combien de temps ils seront actifs, ont déclaré les chercheurs dans l’étude.
Cela peut ressembler à une simple tâche de planification simultanée, mais les systèmes de gestion de machines précédents obligeaient les utilisateurs à faire la queue afin que le système puisse précompiler leurs demandes d’exécution. Hyperq introduit un concept appelé «multiprogrammation dynamique», dans lequel l’utilisation est rationalisée, avec des programmes autorisés à être compilés indépendamment pour les QVM de différentes tailles.
L’équipe a testé sa couche logicielle Hyperq sur Brisbane Quantum Computer d’IBM, un système basé sur une porte de 127 qubit construit sur Le chipset Eagle. Selon la recherche, Hyperq a réduit les temps d’attente moyens des utilisateurs jusqu’à 40 fois, ce qui réduit les délais de redressement du projet de «jours à quelques heures». Il a également permis une augmentation de dix fois du nombre de programmes quantiques exécutés.
À l’avenir, l’équipe a l’intention d’étendre Hyperq pour fonctionner à travers la gamme des architectures informatiques quantiques, y compris des machines fabriquées par des fabricants autres que IBM.
