- NVIDIA JUPITER 完成创纪录的 104 量子位模拟，探索魔法状态的培养。
- 模拟考虑现实硬件噪声，提供更真实的评估方式。
- 详细模拟可预测未来量子计算设计的性能，减少硬件测试需求。
- NVIDIA CEO 强调量子计算需复杂的容错系统，协同工作至关重要。
NVIDIA 宣布其位于欧洲的首个外量级超级计算机 JUPITER 完成了一项创纪录的量子计算模拟，让研究人员能够探索和验证魔法状态的培养。这项 104 量子位的模拟，被 NVIDIA 描述为迄今为止最大的容错量子计算系统的综合模拟，是在德国的尤利希超级计算中心使用 NVIDIA GH200 GPU 执行的。魔法状态对于在容错量子计算机上进行复杂计算至关重要，然而以足够低的错误率生成这些状态仍然是一大挑战。
传统方法需要大量的硬件资源，一些估计显示，量子计算机的物理量子位中高达 95% 可能会用于生成这些状态，从而留下相对较少的量子位可用于计算。
NVIDIA 的公告恰逢 Google 报告其 Willow 量子处理器在准备专门量子状态时达成 40 倍的错误率降低。与 NVIDIA 的工作不同，后者使用经典超级计算硬件来模拟量子过程，而 Google 的实验则是利用实际的量子处理器来准备魔法状态。这两种方法在开发容错量子计算机方面解决了不同的挑战，模拟有助于研究人员在测试物理硬件之前评估设计。
模拟考虑现实硬件噪声
去年，JUPITER 在理想、无噪声的条件下模拟了一个完整的 50 量子位通用量子计算机，超越了 2019 年尤利希研究人员在日本 K 电脑上建立的 48 量子位记录。然而，最新的 104 量子位模拟考虑了现实硬件噪声，让研究人员能够检视错误如何影响魔法状态的培养。不同于理想模拟假设量子操作可以无错误地执行，新研究模型化了物理量子处理器在计算过程中遇到的扰动，提供了一种更现实的方式来评估提议方法是否能在实际条件下可靠运行。
NVIDIA 研究人员在新的项目中，首先在公司的加速量子研究中心的 GB200 NVL72 系统上开发并测试其方法。他们将测试规模从四个 GPU 扩展到数百个，最终在 JUPITER 上达到 8,192 个 GPU。根据 NVIDIA 的说法，这项开发工作帮助将模拟的工作量从几周减少到几天。团队使用 NVIDIA 的 cuQuantum 软件来优化模拟性能，并利用其 CUDA-Q 平台来建模容错量子电路。
模拟对量子应用的影响
详细的模拟可以让研究人员在建造物理硬件之前预测未来量子计算设计的性能，这可以减少重复硬件测试的需求，并帮助加速药物发现、金融建模和材料科学等领域的量子应用开发。
NVIDIA 首席执行官 Jensen Huang 表示：“有用的量子计算将需要极其复杂的容错系统，了解它们在大规模下的行为对于构建这些系统至关重要。来自尤利希的结果显示，量子处理器和 GPU 超级计算机如何能够协同工作，解决原本无法达成的研究，加速变革性量子应用的发现。”
NVIDIA JUPITER 对量子计算的贡献
NVIDIA JUPITER 的 104 量子位模拟标志着在容错量子计算领域的重要进展。通过考虑现实硬件噪声，这项研究能更准确地评估量子计算设计的可行性，这对于未来的量子应用开发至关重要。随着量子计算技术的发展，能够在物理硬件建造之前进行详细模拟，将大幅提高研究效率，并促进药物发现及材料科学等领域的创新。NVIDIA 的努力显示出超级计算机与量子处理器之间的协同作用，为未来的量子计算研究铺平道路。