- NVIDIA JUPITER hat eine rekordverdächtige 104 Qubit-Simulation abgeschlossen, um die Erzeugung magischer Zustände zu erkunden.
- Die Simulation berücksichtigt reale Hardwaregeräusche und bietet eine realistischere Bewertungsmethode.
- Detaillierte Simulationen können die Leistung zukünftiger Quantencomputing-Designs vorhersagen und den Hardware-Testbedarf reduzieren.
- NVIDIA-CEO betont, dass fehlerfreies Quantencomputing komplexe Fehlertoleranzsysteme erfordert, die zusammenarbeiten müssen.
NVIDIA hat angekündigt, dass sein erstes exascale Supercomputing-System JUPITER in Europa eine rekordverdächtige Quantencomputing-Simulation abgeschlossen hat, die es Forschern ermöglicht, die Erzeugung von magischen Zuständen zu erkunden und zu validieren. Diese 104 Qubit-Simulation wird von NVIDIA als die umfassendste Simulation eines fehlertoleranten Quantencomputers bis heute beschrieben und wurde im Jülicher Supercomputing Center in Deutschland unter Verwendung von NVIDIA GH200 GPUs durchgeführt. Magische Zustände sind entscheidend für die Durchführung komplexer Berechnungen auf fehlertoleranten Quantencomputern, jedoch bleibt die Erzeugung dieser Zustände mit ausreichend niedrigen Fehlerraten eine große Herausforderung.
Traditionelle Methoden erfordern erhebliche Hardware-Ressourcen, wobei einige Schätzungen zeigen, dass bis zu 95 % der physischen Qubits in Quantencomputern zur Erzeugung dieser Zustände verwendet werden könnten, wodurch relativ wenige Qubits für Berechnungen zur Verfügung stehen.
NVIDIAs Ankündigung fällt mit Googles Bericht zusammen, dass dessen Willow-Quantenprozessor eine 40-fache Reduzierung der Fehlerrate bei der Vorbereitung spezieller Quanten Zustände erreicht hat. Im Gegensatz zu NVIDIAs Arbeit, die klassische Supercomputing-Hardware zur Simulation quantenmechanischer Prozesse nutzt, verwendet Googles Experiment tatsächliche Quantenprozessoren zur Vorbereitung magischer Zustände. Beide Ansätze adressieren unterschiedliche Herausforderungen bei der Entwicklung fehlertoleranter Quantencomputer, wobei Simulationen den Forschern helfen, Designs zu bewerten, bevor sie physische Hardware testen.
Simulation berücksichtigt reale Hardwaregeräusche
Im vergangenen Jahr simulierte JUPITER unter idealen, geräuschfreien Bedingungen einen vollständigen 50-Qubit-Universal-Quantencomputer und übertraf den 48-Qubit-Rekord, der 2019 von Jülicher Forschern auf dem K-Computer in Japan aufgestellt wurde. Die neueste 104-Qubit-Simulation berücksichtigt jedoch reale Hardwaregeräusche, wodurch Forscher untersuchen können, wie Fehler die Erzeugung magischer Zustände beeinflussen. Im Gegensatz zu idealen Simulationen, die annehmen, dass Quantenoperationen fehlerfrei ausgeführt werden können, modelliert die neue Forschung die Störungen, die physische Quantenprozessoren während des Berechnungsprozesses erfahren, und bietet eine realistischere Möglichkeit, zu bewerten, ob die vorgeschlagenen Methoden unter realen Bedingungen zuverlässig funktionieren können.
NVIDIA-Forscher entwickelten und testeten ihre Methoden zunächst auf dem GB200 NVL72-System im Accelerated Quantum Research Center des Unternehmens. Sie erweiterten den Testumfang von vier GPUs auf Hunderte und erreichten schließlich 8.192 GPUs auf JUPITER. Laut NVIDIA hat diese Entwicklungsarbeit dazu beigetragen, den Arbeitsaufwand für Simulationen von mehreren Wochen auf einige Tage zu reduzieren. Das Team nutzte NVIDIAs cuQuantum-Software zur Optimierung der Simulationsleistung und verwendete die CUDA-Q-Plattform zur Modellierung fehlertoleranter Quanten-Schaltkreise.
Simulationen und ihre Auswirkungen auf Quantenanwendungen
Detaillierte Simulationen ermöglichen es Forschern, die Leistung zukünftiger Quantencomputing-Designs vorherzusagen, bevor physische Hardware gebaut wird. Dies kann den Bedarf an wiederholten Hardwaretests reduzieren und die Entwicklung von Quantenanwendungen in Bereichen wie der Arzneimittelentdeckung, der Finanzmodellierung und der Materialwissenschaft beschleunigen.
NVIDIAs CEO Jensen Huang erklärte: „Nützliche Quantenberechnungen werden extrem komplexe Fehlertoleranzsysteme benötigen, und das Verständnis ihres Verhaltens im großen Maßstab ist entscheidend für den Aufbau dieser Systeme. Die Ergebnisse aus Jülich zeigen, wie Quantenprozessoren und GPU-Supercomputer zusammenarbeiten können, um Forschung zu lösen, die zuvor unerreichbar war, und die Entdeckung bahnbrechender Quantenanwendungen zu beschleunigen.“
NVIDIA JUPITERs Beitrag zum Quantencomputing
Die 104-Qubit-Simulation von NVIDIA JUPITER markiert einen wichtigen Fortschritt im Bereich des fehlertoleranten Quantencomputings. Durch die Berücksichtigung realer Hardwaregeräusche kann diese Forschung die Machbarkeit von Quantencomputing-Designs genauer bewerten, was für die Entwicklung zukünftiger Quantenanwendungen von entscheidender Bedeutung ist. Mit dem Fortschritt der Quantencomputing-Technologie wird die Möglichkeit, detaillierte Simulationen vor dem Bau physischer Hardware durchzuführen, die Forschungseffizienz erheblich steigern und Innovationen in Bereichen wie der Arzneimittelentdeckung und der Materialwissenschaft fördern. NVIDIAs Bemühungen zeigen die Synergie zwischen Supercomputern und Quantenprozessoren und ebnen den Weg für zukünftige Quantencomputing-Forschung.