Agora nós estamos chegando ao ponto em que os computadores quânticos estão sendo implementados em Data Centers, levando novos aprendizados para operadores de Data Centers e empresas quânticas.

Os operadores de Data Centers estão tendo que lidar com a hospedagem de refrigeradores de diluição com novos requisitos de refrigeração, enquanto os fornecedores de computação quântica e refrigeradores de diluição estão tendo que aprender como os Data Centers operam e onde eles podem se encaixar nas instalações de dados existentes.

Computadores quânticos chegam às instalações de colocation

No que a DCD vê como uma novidade mundial, a empresa de computação quântica britânica Oxford Quantum Computing (OQC) implementou seis de seus sistemas QPU em dois Data Centers de colocation.

“Queríamos evitar só ficar sentados em um laboratório em sigilo por dois anos, e esperar que as pessoas já tivessem feito pedidos para isso”, diz Simon Phillips, CTO da OQC. “O que precisamos fazer é permitir o acesso”.

Atualmente, a empresa opera um laboratório em Reading, hospedando seu sistema Lucy de oito qubits, que pode ser acessado online por meio do serviço Braket da AWS. Phillips disse à DCD que a decisão de implementar em locais de colo foi tomada após a tempestade Arwen em 2021.

“Tivemos um apagão de energia, e isso significava que uma parte do sistema de computação não poderia reiniciar corretamente”, explica ele, causando aquecimento do sistema. Embora o sistema não tenha sido danificado e resfriado, isso fez com que a empresa percebesse que precisava considerar o tempo de atividade com mais seriedade.

“Estamos tentando demonstrar ao mundo que os computadores estão prontos para uso, e já passou da hora disso acontecer. Mas isso já foi resolvido: existem Data Centers que têm toda essa infraestrutura”.

Ao mesmo tempo, um projeto de prova de conceito corria o risco de ser paralisado porque o cliente disse que não poderia ter dados em tempo real saindo de seus ambientes em uma instalação de laboratório.

“De repente, caiu a ficha de que o Data Center estava lotado com nossos clientes”, diz Phillips. “A missão ficou clara de que, para realmente acessar dados de clientes do mundo real fora dos projetos de pesquisa, temos que nos conectar diretamente à infraestrutura das pessoas com baixa latência”.

A empresa implementou três sistemas de 32 qubits em cada uma das instalações LHR3 da Cyxtera em Reading, Reino Unido, e na instalação TY11 da Equinix em Tóquio, Japão.

Em termos de cada implementação, um dos sistemas OQC é ativo e voltado para o cliente; os outros dois estão no local, mas mantidos para atualizações, testes, etc. Cada um dos três QPU e sistemas de refrigeração que os acompanham requer cerca de 15-20kW (principalmente em relação aos seis compressores de hélio refrigerados a água de 9kW), mas em uma pegada descrita por Phillips como cerca de 14x10 600mm pisos.

A OQC entrou em contato com a Cyxtera pela primeira vez em março de 2022; o primeiro refrigerador foi instalado em janeiro de 2023 e a última em março. O trabalho nas instalações continuou até abril, quando começaram os testes. Os sistemas já estão funcionando.

A implementação do Cyxtera está em uma sala de uma antiga biblioteca de fitas dos tempos da empresa na CenturyLink.

“Aquela sala foi boa porque pudemos alcançar um watts por metro quadrado que era o que precisávamos”, diz Charlie Bernard, diretor de estratégia de crescimento da Cyxtera para a EMEA. “Conseguimos energia suficiente lá, havia resfriamento de ar suficiente para fazer funcionar, e há muita tubulação sob o piso”.

Embora o sistema fosse mais alto do que a altura do teto da sala – 3,4 m com 50 cm adicionais de folga aérea necessários para tubulação – a instalação de um único andar deixa um grande vazio no teto, então Cyxtera tinha espaço extra para trabalhar.

Tiveram de ser efetuadas modificações no teto e no sistema de alarme de incêndio para permitir uma distância aérea suficiente. Através de um ambiente de piso elevado, a estrutura do sistema multi-ton foi fixada diretamente à laje e isolada mecanicamente do piso elevado.

Cada refrigerador de diluição requer até 40 litros de nitrogênio líquido para ser bombeado a cada semana. Para os compressores refrigerados a água, a Cyxtera teve que recorrer à tubulação de água do prédio.

Para acomodar hélio líquido e hidrogênio, a empresa também instalou detectores de oxigênio na sala com indicadores de luz e alarmes para mostrar se há um vazamento potencial ou se o gás está fervendo.

“Estamos levando-os nessa jornada do que significa implementar em um Data Center, porque eles têm trabalhado seu design em uma espécie de silo”, diz Bernard. “Acho que tem sido revelador para eles, vindo conhecer nossas instalações e aprender sobre coisas como limitações de peso, tamanhos de portas, ruído, interferência e assim por diante”.

“Nós compartilhamos conhecimento com eles, também tivemos que colher os benefícios para aprendermos as práticas e procedimentos de manuseio de gases líquidos e mover isso por todo o edifício”.

Phillips acrescenta sobre os aprendizados de sua empresa: “Houve um aspecto de maturidade em torno da linguagem e onde estão as responsabilidades. Em um laboratório, tudo é responsabilidade de todos. Agora há uma divisão sobre como a água gelada é responsabilidade deles e o que é nossa responsabilidade”.

O site da Cyxtera também funciona como o centro de operações de rede da OQC, com vários funcionários da empresa no local diariamente. Em Tóquio, a implementação do OQC está em uma gaiola no Data hall, com essa implantação projetada para ser gerenciada remotamente, com a equipe de serviço da Oxford Instruments no país mantida para lidar com quaisquer problemas.

“É a mesma equipe que faz scanners de ressonância magnética”, diz Phillips. Eles visitam os hospitais, verificando todas as criogenias em sistemas de ressonância magnética, então não é novidade”.

Um componente interessante da implementação de Tóquio ao qual a empresa teve que se ajustar foram os requisitos sísmicos. Os sistemas criogênicos têm um recipiente de nitrogênio líquido que normalmente fica em pé no chão, e a empresa teve que garantir a conformidade regulatória sobre como ele foi aparafusado ao chão.

Phillips disse que espera que as implementações futuras sejam “muito mais suaves” à medida que a empresa continua a aprender e desenvolver suas operações.

“Temos o manual de como instalar um computador supercondutor em um Data Center em qualquer lugar do mundo”, diz ele. “Toda vez que vamos para um novo local, descobrimos onde estão as diferenças. Para nós, todos eles parecem muito padronizados. As pessoas do Data Center dirão que são todas diferentes, mas estamos descobrindo que são muito semelhantes em comparação com os laboratórios.

Antes dessas implementações, não se sabia como diferentes tipos de interferência – som, vibração e eletromagnética – afetariam as implementações em Data halls. Da mesma forma, havia problemas potenciais sobre como os controles de micro-ondas de alta frequência do sistema poderiam afetar o hardware de TI próximo.

Phillips diz que até agora não viu nenhum problema sobre isso. Quando perguntado se isso é apenas por causa de considerações de design ou talvez um certo exagero, ele diz que provavelmente uma mistura de ambos.

“Fizemos muito trabalho sobre a blindagem, mas ainda não vimos nada que esteja criando um problema”.

Em termos de operações, o manuseio do hidrogênio líquido e nitrogênio dentro da instalação é gerenciado pelo proprietário do sistema, e não pelo fornecedor de colocation. Mas os operadores de Data Centers se beneficiarão ao entender como lidar com os líquidos e potencialmente gerenciar sistemas de resfriamento criogênicos.

“Há um aprendizado com a forma de executar todos os sistemas”, observa Harriet van der Vliet, da Oxford Instruments. “Como fechar um sistema corretamente para que você não tenha um vazamento, como bombear um sistema, como verificar um vazamento. Mas somos muito bons em fornecer treinamento aos nossos usuários para que eles possam executar seus próprios sistemas”.

“Isso é algo em que tivemos que trabalhar, passando de nossos usuários sendo especialistas em ULT que não precisam de treinamento porque eles poderiam teoricamente apenas construir seus próprios sistemas, para usuários que não são especialistas em criogenia e de fato precisam de algum treinamento”.

Tanto a Cyxtera quanto a OQC dizem que agora estão mais bem preparadas para implementações futuras.

“Nossa primeira instalação tinha um layout muito primitivo. Eles se parecem muito com algo feito em laboratório. Mas já há uma série de projetos em andamento para tornar isso mais fácil, mais rápido, mais adequado, porque agora estamos fazendo as perguntas que ninguém nunca fez antes”, diz Phillips, da OQC. “A maneira como o resfriamento funciona, a maneira como o tratamento do ar funciona, ninguém nunca fez essas perguntas antes”.

Bernard, da Cyxtera, observa que a empresa espera replicar esse projeto em outros lugares no futuro: “Essa foi a primeira implementação e tem sido uma grande curva de aprendizado para todos nós. Estamos em uma posição muito melhor agora”.

A OQC disse que pretende primeiro expandir para mais mercados e, em seguida, construir implantações existentes com fatores de forma atualizados à medida que a demanda aumenta.

“A maior barreira de entrada para o uso de clusters globais de empresas financeiras em um determinado local e empresas de ciências de materiais em outro é que podemos direcionar para que eles tenham acesso a um QPU naquele local, e então meio que construiremos e escalaremos a partir daí”, diz Phillips. “Acho que a solução está dentro dos colocations como prioridade”.

“A maior barreira de entrada para o uso de computadores quânticos era, na verdade, a integração na infraestrutura digital existente, não a conta qubit. O fato de podermos conversar sobre Data Centers e computadores quânticos significa que tudo caminha na direção certa”.

Redes de suprimentos quânticos aprendem sobre Data Centers

A fornecedora de refrigeradores Oxford Instruments instalou um computador quântico Rigetti em sua sede em Tubney Wood, Oxfordshire.

O sistema – o primeiro da Rigetti fora dos EUA e ainda um dos poucos que a empresa montou fora de suas próprias instalações – está conectado à nuvem da Rigetti para uso próprio e de seus clientes.

Harriet van der Vliet, gerente de segmento de produtos de tecnologias quânticas da Oxford Instruments, disse à DCD que a empresa não tinha um Data Center no local antes da instalação e ainda não tem o que consideraríamos um Data hall tradicional de espaço em branco.

“Nossa fábrica não é o equivalente a uma instalação de colocation. Fornecemos o refrigerador e a instalação como parte do financiamento da Innovate UK para que a Rigetti e seus parceiros Phasecraft, Standard Chartered e outros pudessem trabalhar em suas aplicações para computação quântica”, diz ela.

“Tivemos que aprender tudo sobre ter um sistema comercial com as conexões corretas para a nuvem, geradores de backup, chillers de backup, que você não necessariamente pensa em um laboratório”, diz ela. “Se a energia acabar em uma universidade, você só diz: 'ok, vou esquentar e depois resfriar no dia seguinte'. Mas se isso acontecer em um Data Center e sistema conectado à nuvem para os clientes, isso não é absolutamente ok”.

Quando questionada se a empresa buscaria hospedar mais computadores quânticos no futuro ou se isso seria pontual, van der Vliet disse que “sempre há a oportunidade de fazer muito mais” no espaço.

“Aprendemos sobre a construção em redundância, como geradores de backup, chillers, etc. para que o sistema tivesse um bom tempo de atividade para o cliente. Foi ótimo trabalhar com a Rigetti para hospedar seu primeiro computador quântico na Europa”.

Além de suas próprias instalações, a Oxford Instruments esteve envolvida em uma série de implementações de QPU em Data Centers ao vivo – incluindo a implementação da OQC nas instalações da Cyxtera e da Equinix e o centro de supercomputação CESGA na Espanha.

“Agora instalamos vários sistemas em Data Centers”, diz van der Vliet. “Tivemos que instalar em diferentes áreas, o que não estamos acostumados, e estar preparados para a segurança fazendo com que as pessoas entrassem e saíssem dos Data Centers, o que é algo que não estávamos acostumados”.

“Tivemos que mudar a forma como instalamos sistemas fisicamente, e entrar nos Data Centers tem sido indiferente. Alguns dos Data Centers podem ter certas áreas que estão prontas para rodar um rack de 19 polegadas e nossos sistemas são obviamente um pouco maiores do que isso”.

“Mas não é tão diferente [dos ambientes acadêmicos]. Tivemos esses problemas e dificuldades dentro das instalações por muitos anos”, acrescenta.

“Significa apenas de obter essa experiência. Agora temos a segunda e a terceira instalação, e ambas foram muito melhores do que a primeira”.