A Fujitsu építette meg a 2010-es évek második felében azt a számítógépet, amit már két éve a világ leggyorsabb szuperszámítógépeként tartanak számon: ez a Fugaku, ami 2020-ban kezdte meg működését a Riken központjában. A gép létrehozásának célja az volt, hogy "legyőzze" a K-Computert, amelyet szintén a Fujitsu gyártott, de amelynek a képességei az évek során kezdtek elmaradni az amerikai vetélytársak, az IBM Summitja és Sierrája mögött.

A Fugakut a K-Computernél százszor gyorsabbra tervezték és be is váltotta a hozzá fűzött reményeket: még mielőtt megkezdte volna teljes értékű működését, már meg is választották a világ leggyorsabb számítógépének és négy különféle teljesítményteszt, a Graph500, a HPL-AI, a HPCG és a TOP500 alapján is az élre került.

"Éppen elég nehéz a világ legjobbjának lenni egy dologban, de a Fugaku négyben ért el első helyezést[...]Ez olyan, mintha egyszerre lennél a legjobb teniszező, golfozó, bokszoló és Forma-1-es pilóta a világon."

- mondják a Riken bemutatóvideójában a gépről.

A szuperszámítógép egyik első feladata, amellyel még azelőtt bízták meg, mielőtt a teljes gépet összeszerelték volna, az új koronavírus potenciális terjedési sebességének kiszámítása volt, mivel a felavatása előtt elért Japánba is az abban az évben kirobbanó járvány és a kormány a helyzet sürgősségére való tekintettel a leghatékonyabb segítséget szerette volna bevetni a lakosok védelme érdekében. Később a Fugaku a földrengések és szökőárak kialakulási esélyeit, újfajta, kopásállóbb és hosszabb életű autógumi anyagok kutatását, vagy éppen az univerzum titkainak felfedezését és a neutrínók eloszlásának feltérképezését segítette elő.

A gép szívét a 64 bites Fujitsu A64FX mikroprocesszor alkotja, amely az első SVE-t (Scalable Vector Extension) alkalmazó architektúra szuperszámítógépek számára, 3,3792 teraflops-os elméleti csúcsteljesítménnyel. Egy ilyen központi CPU-t kapott a cég PRIMEHPC FX 700 szuperszámítógépe is, amely nem csak nagy teljesítményével, hanem különösen alacsony fogyasztásával is kitűnik a mezőnyből, még ha a leggyorsabb gép címét nem is szerezte meg.

A PRIMEHPC FX 700 szolgál egy újabb világelsőség alanyául is, a gép segítségével alkották meg ugyanis azt a 36 qubitos kvantumszimulátort, ami az eddigi leggyorsabb ilyen struktúrának számít. A kvantumszimulátorok alapvető feladata, hogy a kvantumszámítógépek működését és képességeit utánozzák vagyis valódi kvantumszimulációkat tudjanak végrehajtani, anélkül, hogy bonyolult és költséges kvantumgépet kellene építeni, így több kutató, cég és intézmény számára válnak elérhetővé a kvantumszámítási programok előnyei. A klasszikus gépeken futtatott szimulátor szoftverprogramok fontos jellemzője, hogy egy-egy feladatra specializálhatók, minden szimulátor más-más tulajdonságait tudja mérni egy algoritmus működésének.

A 36 kvantumbit elegendő ahhoz, hogy nagy sebességgel futtassák rajta a Qulacs programot: ezt a kvantumáramkör szimulátort a leendő kvantumalgoritmusok fejlesztésére hozták létre, hogy a mérnökök kipróbálhassák és felmérjék rajta az eljárások különböző lépéseinek sikerességét vagy aktuális hibáit. A rendszer célja, hogy a zajos kvantumkörnyezetet szimulálja, ezzel lehetőséget adjon a hibajavítási próbákra és a zaj összetevőinek jellemzésére. A program elsődleges felhasználási területei:

• a nagyobb, több qubitos áramkörök gyorsabb szimulációja, amelyet a kódok és áramkörök optimalizációjával érnek el
• a 10 qubitnál kisebb áramkörök hatékonyságának növelése a bonyolultabb funkciók elhagyásával
• általánosabb műveletek elvégzése az egyszerűbb számítási feladatok mellett

A Qulacs tehát a közeljövő kvantumszámítógépes algoritmusainak kialakítását könnyíti meg, de a kvantumszimulátor más területen is hasznossá válik hamarosan: a Fujitsu és a Fujifilm április elejétől kezdődően 2023 márciusáig olyan projektet indít, amelynek célja a kémiai kutatások elősegítése.

A molekuláris reakciók mérésével azt tesztelik majd, hogy az algoritmusok hogyan használhatóak a kémiai vizsgálatokban és a vegyi folyamatok elemzésében. A kvantumkémiai számítások a molekulák és atomok viselkedésének megértésében játszanak nagy szerepet, mivel minden korábbinál pontosabban tudják leírni a molekulák bonyolult szerkezetét és ezzel megnyílhat az út új gyógyszerek hatóanyagainak felfedezéséhez.

"A kvantumszámítógépekkel lehetséges a nagyprecizitású számítások elvégzése a számítógépes kémia területén, amit nem lehet klasszikus számítógépekkel megoldani."

- mondta Yukihiro Okuno, a Fujifilm kutatója.

A következő lépést a Fujitsu számára a 40 qubitos szimulátor fejlesztése jelenti, amivel már a pénzügyi számítások számára is platformot biztosítanak, ennek megjelenését idén szeptemberre tervezik. Később pedig a különböző társadalmi problémák megoldására vetik be a kvantumtechnológiai rendszereket, bár azt, hogy ezalatt pontosan milyen problémákat kell érteni, egyelőre nem részletezték. A kvantumszámítógépek és szuperszámítógépek azonban már most is segítenek olyan folyamatok felmérésében, amelyek hatásai messzire elérhetnek és a bolygó lakosságának életét befolyásolják, ilyen például a klímaváltozás következményeinek vizsgálata, beleértve a különböző klímaforgatókönyvek modellezését, vagy éppen, ahogy a Fugaku is tette, egy kirobbanó járvány kordában tartását segítő módszerek felmérése is.

(Fotó: Fujitsu, Getty Images/libre de droit)

Mire használja majd az emberiség a jövőben a kvantumszámítógépeket? Egyre több kvantumszámítógépet bocsátanak kereskedelmi forgalomba, de mire jó jelenleg és lesz majd jó a későbbiekben egy kvantumszámítógép?