NVIDIA 在 Jülich JUPITER 超算完成 104 量子比特容错量子计算模拟

研究人员利用欧洲首台E级超算JUPITER理解量子计算中最复杂、最关键的运算

新闻摘要：

NVIDIA今日宣布在欧洲首台E级超级计算机JUPITER上完成一项打破纪录的量子计算模拟，使研究人员能够充分探索和验证“魔态培育”——这是一种领先的容错量子计算方法，比以往方法少用90%的量子比特。

该模拟运行于于利希超级计算中心的NVIDIA GH200超级芯片系统上，规模达104量子比特，是迄今对容错量子处理器最大规模的综合模拟，以创纪录的规模建模真实量子处理器如何执行容错计算。

如此高的保真度为研究人员提供了在构建未来设计之前预测其性能所需的数据和工具——减少对硬件试错的依赖，并加速在药物发现、金融建模和材料科学等领域实现实用量子应用的进程。

“实用的量子计算需要极其复杂的容错系统——而理解它们在大规模下的行为对于构建这些系统至关重要，”NVIDIA创始人兼首席执行官黄仁勋表示。“我们在于利希取得的成果展示了量子处理器与GPU超级计算机如何协同工作，完成原本无法企及的研究——加速变革性量子应用的发现。”

“欧洲对JUPITER的投资使研究人员能够探究此前无法触及的问题，”于利希研究中心于利希超级计算中心主任Kristel Michielsen表示。“与NVIDIA合作，我们将这一能力带入量子计算领域——帮助科学家就最有可能带来实用应用的设计做出更明智的决策。”

减少实用量子计算所需的资源
由于量子比特在物理极限下运行，控制它们所需的相互作用会引入不可避免、导致错误的噪声。在存在此类噪声的情况下进行计算——即所谓的容错量子计算——需要使用魔态，这是一种在容错量子计算过程中被持续消耗的量子比特特定排列。

容错量子计算机的关键在于反复产生魔态——这意味着任何在魔态制备方式上的优化都会极大降低构建实用量子计算机的难度。

通过在真实噪声环境下模拟这一过程，NVIDIA 的研究人员验证了一种最先进的魔态蒸馏培养方法，为研究人员提供开发和测试未来改进所需的工具。

此前，于利希研究中心的开创性研究在理想的无噪声条件下模拟了 50 个量子比特。而这项工作在真实的硬件噪声下模拟魔态蒸馏培养，帮助研究人员理解错误的影响。

从研发到百亿亿次级模拟
模拟魔态蒸馏培养可以帮助研究人员在构建量子硬件之前评估和改进设计。但所需内存可能随量子比特数量呈指数级增长，使大规模模拟超出了传统计算系统的能力范围。

NVIDIA 加速量子研究中心（NVAQC）的一台 NVIDIA GB200 NVL72 系统作为 JUPITER 项目的开发平台，使研究人员在迁移到 JUPITER 上的 8,192 块 GPU 之前，能够将测试从 4 块 GPU 扩展到数百块 GPU。

研究人员利用该中心加速了其模拟方法的开发和测试，与 JUPITER 的结果进行对比，并探索精度如何随额外计算资源而提升。这项工作帮助将原本需要数周的模拟工作缩短到数天，同时让团队为有效利用 JUPITER 的百亿亿次级计算能力做好准备。

该项目表明，随着量子计算系统规模的扩大，模拟将变得越来越重要和复杂。它还展示了像 NVAQC 这样的加速计算集群的实用价值——研究人员在动用世界级超级计算机进行最严苛的计算之前，可以先用其开发和验证模拟方法。

这些模拟使用 NVIDIA cuQuantum 软件运行，以实现高度优化的性能和规模，并利用 NVIDIA CUDA-Q™ 平台的容错逻辑层来表达魔态电路。

阅读关于 JUPITER 模拟的 GitHub 博客。