NVIDIA JUPITER 完成創紀錄 104 量子位模擬 促進錯誤容忍量子計算研究

NVIDIA は、欧州に位置する初の外量級スーパーコンピュータ JUPITER が、研究者が魔法状態の育成を探求し検証するための記録的な量子計算シミュレーションを完了したことを発表した。この 104 量子位のシミュレーションは、NVIDIA によってこれまでで最大の容錯量子計算システムの包括的シミュレーションとして説明されており、ドイツのユリッヒスーパーコンピュータセンターで NVIDIA GH200 GPU を使用して実行された。魔法状態は、容錯量子コンピュータで複雑な計算を行うために重要であるが、十分に低いエラーレートでこれらの状態を生成することは依然として大きな課題である。

従来の方法は大量のハードウェアリソースを必要とし、一部の推定では、量子コンピュータの物理量子位の最大 95% がこれらの状態を生成するために使用される可能性があり、その結果、計算に利用できる量子位が相対的に少なくなる。

NVIDIA の発表は、Google がその Willow 量子プロセッサが特定の量子状態を準備する際に 40 倍のエラーレート低下を達成したことを報告したタイミングと重なった。NVIDIA の作業とは異なり、後者は古典的なスーパーコンピュータハードウェアを使用して量子プロセスをシミュレートし、Google の実験は実際の量子プロセッサを利用して魔法状態を準備するものである。これら二つの方法は、容錯量子コンピュータの開発において異なる課題を解決しており、シミュレーションは研究者が物理ハードウェアをテストする前に設計を評価するのに役立つ。

模擬考慮現實硬件噪聲

昨年、JUPITER は理想的で無音の条件下で 50 量子位の汎用量子コンピュータの完全なシミュレーションを行い、2019 年にユリッヒの研究者が日本の K コンピュータで確立した 48 量子位の記録を超えた。しかし、最新の 104 量子位のシミュレーションは現実のハードウェアノイズを考慮しており、研究者がエラーが魔法状態の育成にどのように影響するかを検証できるようにしている。理想的なシミュレーションが量子操作がエラーなしに実行できると仮定するのとは異なり、新しい研究は物理量子プロセッサが計算過程で遭遇する擾乱をモデル化し、実際の条件下で提案された方法が信頼性を持って機能するかどうかを評価するためのより現実的な方法を提供している。

NVIDIA の研究者は、新しいプロジェクトで、まず同社の加速量子研究センターの GB200 NVL72 システム上でその方法を開発しテストした。彼らはテストスケールを 4 つの GPU から数百に拡張し、最終的に JUPITER で 8,192 個の GPU に達した。NVIDIA によれば、この開発作業はシミュレーションの作業量を数週間から数日に短縮するのに役立った。チームは NVIDIA の cuQuantum ソフトウェアを使用してシミュレーション性能を最適化し、CUDA-Q プラットフォームを利用して容錯量子回路をモデル化した。

模擬對量子應用的影響

詳細なシミュレーションは、研究者が物理ハードウェアを構築する前に未来の量子計算設計の性能を予測できるようにし、これによりハードウェアテストの繰り返しの必要性を減少させ、薬物発見、金融モデリング、材料科学などの分野における量子応用の開発を加速するのに役立つ。

NVIDIA の CEO Jensen Huang は、「有用な量子計算には極めて複雑な容錯システムが必要であり、それらが大規模でどのように機能するかを理解することがこれらのシステムを構築する上で重要である。ユリッヒからの結果は、量子プロセッサと GPU スーパーコンピュータがどのように協力して、元々達成できなかった研究を解決し、変革的な量子応用の発見を加速するかを示している。」と述べた。

NVIDIA JUPITER 對量子計算的貢獻

NVIDIA JUPITER の 104 量子位シミュレーションは、容錯量子計算の分野における重要な進展を示している。現実のハードウェアノイズを考慮することで、この研究は量子計算設計の実現可能性をより正確に評価でき、これは未来の量子応用開発にとって重要である。量子計算技術の進展に伴い、物理ハードウェアを構築する前に詳細なシミュレーションを行うことができれば、研究の効率が大幅に向上し、薬物発見や材料科学などの分野での革新を促進することができる。NVIDIA の努力は、スーパーコンピュータと量子プロセッサの間の協力作用を示し、未来の量子計算研究の道を開くものである。