1403
Європейський екзафлопсний суперкомп’ютер JUPITER, розміщений у дослідницькому центрі Юліха в Німеччині, виконав рекордну симуляцію квантового комп’ютера на 104 кубітах. Як повідомляє видання Interesting Engineering, команда NVIDIA змоделювала роботу відмовостійкої квантової системи з урахуванням реалістичних апаратних помилок, що дозволило перевірити підхід до так званого «вирощування» магічних станів.
Навіщо потрібні магічні стани
Магічні стани є ключовим ресурсом для виконання складних обчислень на відмовостійких квантових комп’ютерах. Вони дають змогу реалізовувати операції, які не можна ефективно відтворити лише за допомогою базових квантових елементів.
Однак отримати такі стани з досить низьким рівнем помилок дуже складно. За деякими оцінками, до 95 % фізичних кубітів у квантовому процесорі можуть бути змушені працювати лише на підготовку магічних станів, залишаючи для власне обчислень лише невелику частину ресурсів.
На цьому тлі NVIDIA оголосила про результати симуляції майже одночасно з новиною від Google: їхній квантовий процесор Willow досяг 40-кратного зниження помилок під час підготовки спеціалізованих квантових станів. Але підходи різні: Google працює з реальним квантовим чипом, тоді як NVIDIA використовує класичний суперкомп’ютер для моделювання квантових процесів. Обидва напрями доповнюють одне одного на шляху до відмовостійких квантових машин.
Від ідеальної моделі до «шумної» реальності
Раніше JUPITER уже встановив рекорд, змоделювавши повноцінний універсальний квантовий комп’ютер на 50 кубітах в ідеальних, «безшумних» умовах. Тоді симуляція не враховувала жодних помилок у роботі апаратури.
Нова 104-кубітна симуляція принципово відрізняється: вона включає реалістичний «шум» — збурення, з якими стикаються фізичні квантові процесори під час обчислень. Це дає змогу дослідити, як саме помилки впливають на процес вирощування магічних станів і чи здатні запропоновані методи працювати на практиці, а не лише «на папері».
Завдяки такому моделюванню дослідники NVIDIA змогли перевірити вдосконалений підхід до культивації магічних станів. Симуляція допомагає не лише підтвердити працездатність методу, а й виявити його слабкі місця, перш ніж інженери вкладатимуть ресурси у створення відповідного квантового обладнання.
Масштабування на 8 192 графічні процесори
Перед тим як вийти на рекордний масштаб, команда NVIDIA відпрацьовувала методи на системі GB200 NVL72 у власному Accelerated Quantum Research Center. Спочатку тести проводилися на чотирьох GPU, потім на сотнях, і лише після оптимізації алгоритмів симуляцію перенесли на 8 192 графічні процесори JUPITER.
За даними NVIDIA, така поетапна розробка дозволила скоротити час обчислень із тижнів до кількох днів. Для прискорення симуляції використовували програмний пакет cuQuantum, а для моделювання відмовостійкого квантового кола — платформу CUDA-Q.
Детальне моделювання дає змогу заздалегідь оцінювати, як можуть поводитися майбутні архітектури квантових комп’ютерів, ще до створення фізичних прототипів. Це потенційно зменшує кількість дорогих і тривалих апаратних експериментів.
Крок до практичних квантових застосувань
За оцінкою NVIDIA, подібні симуляції можуть прискорити розробку квантових застосунків у таких сферах, як пошук нових ліків, фінансове моделювання та матеріалознавство. Класичні GPU-суперкомп’ютери в цьому підході виступають як інструмент для проєктування та перевірки квантових схем, які згодом реалізовуватимуться на реальних квантових процесорах.
Генеральний директор NVIDIA Дженсен Хуанг (Jensen Huang) наголосив, що корисні квантові обчислення вимагатимуть надзвичайно складних, відмовостійких систем, а розуміння їхньої поведінки в масштабі є критично важливим для їх створення. Результати, отримані на JUPITER, демонструють, як квантові процесори та GPU-суперкомп’ютери можуть доповнювати одне одного, розв’язуючи задачі, які інакше залишалися б недосяжними.
Суперкомп’ютер JUPITER змоделював 104-кубітну систему з реальними помилками з’явилася спочатку на Цікавості.
