Quantique

Accès aux Calculateurs Quantiques (HQI / GENCI)

Lancée en 2022 dans le cadre de la Stratégie Nationale Quantique, l'initiative HQI (France Hybrid HPC Quantum Initiative) permet aux chercheurs académiques et industriels d'accéder à des capacités de calcul quantique intégrées aux supercalculateurs classiques HPC mis à disposition des utilisateurs par GENCI. L'objectif est de permettre le développement d'algorithmes hybrides combinant la puissance du HPC (Calcul Haute Performance) et les accélérateurs quantiques.

Les calculateurs quantiques

L'initiative HQI repose sur l'acquisition de dispositifs quantiques hébergés dans le centre de calcul du TGCC (Très Grand Centre de calcul du CEA), couplés actuellement au supercalculateur Joliot-Curie et à partir de 2028 au calculateur exaflopique Alice Recoque.

Les ressources dédiées au calcul quantique actuellement disponibles sont les suivantes : Plateforme Quantique (prototypes) :

• QLM40 d'Atos : Un émulateur quantique capable de simuler jusqu'à 40 qubits parfaits et intriqués. Il permet d'utiliser différents émulateurs (Pulser, Perceval, MyQLM, QisKit et d'autres à venir). Il peut aussi servir de module d’hybridation entre calcul HPC et quantique.
• Ruby de Pasqal : Ruby est un calculateur quantique analogique basé sur la technologie des atomes neutres. Cette machine utilise jusqu’à 100 qubits pour réaliser des calculs de manière analogiques. Il s’agit d’une approche polyvalente, avec des applications en simulation quantique, en optimisation et en machine learning. Les opérations quantiques sont mises en œuvre à travers des interactions continues, telles que des couplages induits par laser ou des gradients de champ magnétique. Cette nature continue permet une correspondance plus directe entre l’ordinateur quantique et le système physique simulé ou résolu. Le calcul quantique analogique offre certains avantages, notamment le potentiel de simulations plus naturelles et plus efficaces de certains systèmes quantiques. Il peut également nécessiter moins de ressources que le calcul quantique numérique pour des tâches spécifiques (voir Note plus bas concernant les applications qui se prêtent au calcul analogique).
  • Description:
    • Fournisseur : Pasqal
    • Modèle : Fresnel 1
    • Nombre de qubits : 100
    • Modalité de calcul : analogique (Ising transverse)
    • Environnements de programmation : Pulser
• Lucy de Quandela & Attocube : Lucy est un calculateur quantique digital et universel de 12 qubits, fonctionnant grâce aux propriétés optiques des photons. Son fonctionnement est universel, ce qui signifie qu’il peut mettre en œuvre toutes les opérations unitaires en utilisant des portes quantiques logiques formées d’éléments d’optique linéaire (déphaseurs, séparateur de faisceaux, etc.). Ce calculateur quantique permet également d’implémenter des stratégies de correction d’erreur, lui permettant de démontrer jusqu’à un qubit corrigé. Le calculateur est intégralement programmable via tous les environnements de calcul quantique digitaux, ainsi qu’en utilisant des librairies spécifiques au calcul quantique photonique telle que Perceval.
  
  • Description:
    • Fournisseurs : Quandela et Attocube
    • Modèle : MosaïQ-12
    • Nombre de qubits : 12
    • Modalité de calcul : universel digital, analogique (échantillonnage de bosons)
    • Environnements de programmation : Perceval, myQLM

Critères d'éligibilité et engagement

Pour bénéficier de ces ressources de calcul gratuitement, les porteurs de projets doivent remplir les mêmes conditions que pour l'accès aux ressources de calcul pour le HPC/IA, qui sont en résumé:

Important

• être rattaché à un organisme ou une structure basée en France via une adresse IP sécurisée française
• Type de recherche: Faire de la recherche dite ouverte et donc s'engager à publier les résultats sur la plateforme d’archivage HAL a minima. La publication à l'issue d'une allocation est une condition sine qua non de l'accès gratuit.
• Localisation : faire parti d'organisme/structure français(e) ou travailler depuis une entreprise installée en France.

Toutes les informations en détails sur les conditions d'éligibilité à l'accès aux ressources sont disponibles ici

Modalités de demande de ressources

L'accès aux ressources est possible pour tout chercheur d'institutions académiques ou du secteur privé. Le portail de dépôt de demande et de demande d'accès aux calculateurs est ici

• Utilisation prioritaire des partitions Quantiques : Allocation Dynamique

Si votre projet repose principalement sur les partitions quantiques (limité à 100 heures par an et par partition) et nécessite pas ou peu de ressources HPC classiques, une Allocation Dynamique vous sera automatiquement attribuée. Cette allocation ne servira qu'à accéder aux trois environnements quantiques et aucune comptabilité sur l'usage des jobs utilisant les qubits ne sera effective.

• 1. Seuils sur les partitions HPC : inférieur à 500 000 heures-cœur CPU (équivalent CSL/SKL) et 50 000 heures GPU (équivalent V100)).
  2. Usage : Idéal pour tester vos codes, vous familiariser avec l'environnement et réaliser vos tests quantiques.
  3. Flexibilité : Dépôt de demande de ressources possible tout au long de l'année pour une durée de 12 mois.

• Besoins HPC Massifs en parallèle de l'usage des partitions quantiques: Allocation Régulière

Si votre projet nécessite, en complément de l'accès à l'environnement quantique, un volume important de calcul haute performance, une demande d'Allocation Régulière devra être déposée.

• 1. Seuils sur les partitions HPC : au delà de 500 000 heures-cœur CPU (équivalent CSL/SKL) et 50 000 heures GPU (équivalent V100)).
  2. Processus : Soumis à évaluation scientifique et technique d'un comité d'experts (deux sessions par an).

Note

Quel que soit le type d'allocation choisi, l'accès aux trois environnements quantiques est plafonné à 100 heures par calculateur quantique et par allocation. À ce jour, aucune comptabilité stricte n'est appliquée sur l'usage réel des qubits ; cette enveloppe sert uniquement à ouvrir les droits d'accès.

• Tous les détails des allocations dynamiques sont résumés dans la documentation ici

• Pour les allocations régulières c'est ici

Liens utiles et contacts

• Site Officiel HQI
• Portail de soumission des demandes à GENCI ici
• Support Technique :
  • Pour toute question technique sur les demandes d'accès aux calculateurs quantiques: acces@genci.fr
  • Pour toute question technique une fois un accès obtenu, contactez le support du TGCC: hotline.tgcc@cea.fr Tél : 01 77 57 42 42

Note sur le calcul quantique analogique

Note

Pour le calcul quantique spécifique à la machine Ruby de Pasqal les applications suivantes se prêtent particulièrement bien au mode analogique :

• Optimisation combinatoire  :
  • Maximum Independent Set (MIS) - implantation d’antennes, emplacements de magasins, etc.
  • Coloration de graphes - planification de tâches, étiquetage de cartes, allocation de canaux sans fil, etc.
  • Quadratic Unconstrained Binary Optimization (QUBO) - notation de crédit, etc.
• Quantum machine Learning : 
  • Traitement et classification de données temporelles (Reservoir Machine Learning et reservoir computing)
  • Classification sur des données en forme de graphes (graph machine learning)
• Simulation quantique :
  • Capacité à simuler des systèmes quantiques (compliqué à faire classiquement) avec des applications en *chimie/science des matériaux