엔비디아 쿠다 퀀텀(CUDA Quantum), 바스프 최대 규모 분자 시뮬레이션 지원

엔비디아(www.nvidia.co.kr)가 엔비디아(NVIDIA) 쿠다 퀀텀(CUDA Quantum)으로 세계 최대 규모의 화학 기업 바스프(BASF)의 최대 규모 분자 시뮬레이션을 지원했다고 밝혔다.  

바스프의 수석 디지털화 전문가 마이클 쿤(Michael Kuehn)과 양자 컴퓨팅 연구원 다비드 보돌라(Davide Vodola)는 양자 컴퓨팅을 개척하는 새로운 차원의 연구를 진행하고 있다. 

이들은 양자 알고리즘이 기존 시뮬레이션으로 볼 수 없던 NTA의 주요 속성을 볼 수 있는 방법을 실험하고 있다. NTA는 도시 폐수에서 철과 같은 독성 금속을 제거하는 등 다양한 용도로 활용되는 화합물이다. 

바스프 양자 컴퓨팅 팀은 이 문제를 해결하기 위해 GPU에서 양자 컴퓨터 처리 엔진에 해당하는 24개의 큐비트를 시뮬레이션 했다. 이를 많은 기업의 R&D 센터는 중요한 성과로 여기지만, 바스프는 꾸준히 노력해 최근 엔비디아 에오스(Eos) H100 슈퍼컴퓨터에서 최초로 60큐비트 시뮬레이션을 실행했다. 

마이클 쿤은 "이것은 우리가 양자 알고리즘을 사용해 수행한 가장 큰 분자 시뮬레이션이다"라고 말했다. 

유연하고 친숙한 소프트웨어

바스프는 엔비디아 쿠다 퀀텀에서 시뮬레이션을 실행하고 있다. 엔비디아 쿠다 퀀텀은 CPU, GPU 그리고 QPU로도 알려진 양자 컴퓨터를 프로그래밍하기 위한 플랫폼이다. 

다비드 보돌라는 “이 플랫폼은 매우 유연하고 사용자 친화적이어서 비교적 간단한 빌딩 블록으로 복잡한 양자 회로 시뮬레이션을 구축할 수 있다. 쿠다 퀀텀이 없었다면 이 시뮬레이션을 실행할 수 없었을 것"이라고 말했다. 

이 시뮬레이션에는 많은 작업이 요구되기 때문에 바스프는 엔비디아 H100 텐서 코어 GPU(H100 Tensor Core GPUs)를 탑재한 엔비디아 DGX 클라우드(DGX Cloud) 서비스를 선택했다. 

마이클 쿤은 “우리는 강력한 컴퓨팅 성능이 필요하며, 엔비디아 플랫폼은 이러한 종류의 시뮬레이션에서 CPU 기반 하드웨어보다 훨씬 빠르다”고 말했다. 

마이클 쿤이 출범을 도운 바스프 양자 컴퓨팅 사업은 2017년에 시작됐다. 해당 연구팀은 화학 분야 외에도 머신 러닝, 물류와 스케줄링 최적화를 위한 양자 컴퓨팅 사용 사례를 개발하고 있다. 

확장되는 쿠다 퀀텀 커뮤니티

바스프 외 다른 연구 그룹도 쿠다 퀀텀으로 과학을 발전시키고 있다. 

뉴욕주립대(SUNY) 스토니브룩대(Stony Brook University) 연구원들은 아원자 입자의 복잡한 상호작용을 시뮬레이션하기 위해 고에너지 물리학의 경계를 넓히고 있다. 이들의 연구는 기초 물리학에서 새로운 발견을 기대하게 한다. 

브룩헤이븐 국립연구소(Brookhaven National Lab)의 과학자이자 뉴욕주립대 교수인 드미트리 카지브(Dmitri Kharzeev)는 "쿠다 퀀텀을 사용하면 불가능했던 양자 시뮬레이션을 수행할 수 있다"고 말했다.

또한, 휴렛 팩커드 랩스(Hewlett Packard Labs) 연구팀은 펄머터(Perlmutter) 슈퍼컴퓨터를 사용해 양자 화학의 자기 상전이 현상을 탐구하고 있으며, 이는 동종 시뮬레이션 중 가장 큰 규모이다. 이러한 노력은 기존 기술로는 모델링하기 어려운 물리적 과정의 중요하면서도 알려지지 않은 세부 사항을 밝혀낼 수 있다. 

휴렛 팩커드 랩스 수석 설계자인 커크 브레스니커(Kirk Bresniker)는 "양자 컴퓨터가 유용한 애플리케이션으로 발전함에 따라 고성능 클래식 시뮬레이션은 새로운 양자 알고리즘의 프로토타입을 제작하는 데 핵심이 될 것이다. 양자 데이터를 시뮬레이션하고 학습하는 것은 양자 컴퓨팅의 잠재력을 활용하는 유망한 방법"이라고 말했다. 

헬스케어를 위한 퀀텀 센터

쿠다 퀀텀에 대한 지원이 전 세계로 확대됨에 따라 이러한 노력이 이루어지고 있다. 

이스라엘 스타트업인 클래지큐(Classiq)는 이스라엘 최대 의과대학 부속 병원인 텔아비브 소라스키 메디컬 센터(Tel Aviv Sourasky Medical Center)에 새로운 연구 센터를 설립한다고 발표했다. 클래지큐의 양자 프로그램 작성에 대한 새로운 접근 방식은 이미 400개 이상의 대학에서 사용 중이다. 

엔비디아와 협업해 설립된 이 연구 센터는 생명과학 전문가를 양성해 양자 애플리케이션을 개발할 수 있도록 지원한다. 이로써 궁극적으로 의사가 질병 진단과 신약 개발을 가속화하는 데 도움을 주는 것을 목표로 한다. 

클래지큐는 저수준 작업을 자동화하는 양자 설계 소프트웨어를 개발해 개발자가 양자 컴퓨터 작동 방식에 대한 모든 복잡한 세부 사항을 알 필요가 없도록 지원한다. 이 소프트웨어는 현재 쿠타 퀀텀과 통합되고 있다. 

독일과 스위스에 본사를 둔 양자 서비스 회사인 테라 퀀텀(Terra Quantum)은 생명 과학, 에너지, 화학, 금융 등을 위한 하이브리드 양자 애플리케이션을 개발 중이며, 이는 쿠다 퀀텀에서 실행될 예정이다. 또한 핀란드의 IQM은 자사의 초전도 QPU가 쿠다 퀀텀을 사용할 수 있도록 지원한다. 

그레이스 호퍼를 선택한 퀀텀

옥스퍼드 퀀텀 서킷(Oxford Quantum Circuits)을 비롯한 여러 기업이 하이브리드 양자 작업을 위해 엔비디아 그레이스 호퍼 슈퍼칩(Grace Hopper Superships)을 사용할 예정이다. 영국 레딩에 본사를 둔 옥스퍼드 퀀텀은 쿠다 퀀텀으로 프로그래밍된 하이브리드 QPU/GPU 시스템에서 그레이스 호퍼를 사용하고 있다. 

퀀텀 머신(Quantum Machines)은 이스라엘 국립 양자 센터(Israeli National Quantum Center)가 그레이스 호퍼 슈퍼칩을 사용하는 시스템인 엔비디아 DGX 퀀텀의 첫 번째 배포처가 될 것이라고 발표했다. 이스라엘 텔아비브에 본사를 둔 이 센터는 퀀트웨어(Quantware), ORCA 컴퓨팅(ORCA Computing) 등 양자 컴퓨터를 구동하기 위해 DGX 퀀텀을 활용할 예정이다. 

또한 시카고 큐브레이드(qBraid)는 양자 클라우드 서비스 구축을 위해, 암스테르담의 페르미오닉(Fermioniq)은 텐서 네트워크 알고리즘 개발을 위해 그레이스 호퍼를 활용하고 있다. 

이 슈퍼칩은 대량의 공유 메모리와 그레이스 호퍼 메모리 대역폭 덕분에 메모리가 많이 필요한 양자 시뮬레이션에 매우 적합하다. 

지금 바로 NGC, 엔비디아의 가속 소프트웨어 카탈로그 또는 깃허브(GitHub)에서 쿠다 퀀텀의 최신 버전을 다운로드해 하이브리드 퀀텀 시스템 프로그래밍을 시작할 수 있다.