- NVIDIA JUPITER 完成創紀錄的 104 量子位模擬，探索魔法狀態的培養。
- 模擬考慮現實硬件噪聲，提供更真實的評估方式。
- 詳細模擬可預測未來量子計算設計的性能，減少硬件測試需求。
- NVIDIA CEO 強調量子計算需複雜的容錯系統，協同工作至關重要。
NVIDIA 宣佈其位於歐洲的首個外量級超級計算機 JUPITER 完成了一項創紀錄的量子計算模擬，讓研究人員能夠探索和驗證魔法狀態的培養。這項 104 量子位的模擬，被 NVIDIA 描述為迄今為止最大的容錯量子計算系統的綜合模擬，是在德國的尤利希超級計算中心使用 NVIDIA GH200 GPU 執行的。魔法狀態對於在容錯量子計算機上進行複雜計算至關重要，然而以足夠低的錯誤率生成這些狀態仍然是一大挑戰。
傳統方法需要大量的硬件資源，一些估計顯示，量子計算機的物理量子位中高達 95% 可能會用於生成這些狀態，從而留下相對較少的量子位可用於計算。
NVIDIA 的公告恰逢 Google 報告其 Willow 量子處理器在準備專門量子狀態時達成 40 倍的錯誤率降低。與 NVIDIA 的工作不同，後者使用經典超級計算硬件來模擬量子過程，而 Google 的實驗則是利用實際的量子處理器來準備魔法狀態。這兩種方法在開發容錯量子計算機方面解決了不同的挑戰，模擬有助於研究人員在測試物理硬件之前評估設計。
模擬考慮現實硬件噪聲
去年，JUPITER 在理想、無噪聲的條件下模擬了一個完整的 50 量子位通用量子計算機，超越了 2019 年尤利希研究人員在日本 K 電腦上建立的 48 量子位記錄。然而，最新的 104 量子位模擬考慮了現實硬件噪聲，讓研究人員能夠檢視錯誤如何影響魔法狀態的培養。不同於理想模擬假設量子操作可以無錯誤地執行，新研究模型化了物理量子處理器在計算過程中遇到的擾動，提供了一種更現實的方式來評估提議方法是否能在實際條件下可靠運行。
NVIDIA 研究人員在新的項目中，首先在公司的加速量子研究中心的 GB200 NVL72 系統上開發並測試其方法。他們將測試規模從四個 GPU 擴展到數百個，最終在 JUPITER 上達到 8,192 個 GPU。根據 NVIDIA 的說法，這項開發工作幫助將模擬的工作量從幾周減少到幾天。團隊使用 NVIDIA 的 cuQuantum 軟件來優化模擬性能，並利用其 CUDA-Q 平台來建模容錯量子電路。
模擬對量子應用的影響
詳細的模擬可以讓研究人員在建造物理硬件之前預測未來量子計算設計的性能，這可以減少重複硬件測試的需求，並幫助加速藥物發現、金融建模和材料科學等領域的量子應用開發。
NVIDIA 首席執行官 Jensen Huang 表示：「有用的量子計算將需要極其複雜的容錯系統，瞭解它們在大規模下的行為對於構建這些系統至關重要。來自尤利希的結果顯示，量子處理器和 GPU 超級計算機如何能夠協同工作，解決原本無法達成的研究，加速變革性量子應用的發現。」
NVIDIA JUPITER 對量子計算的貢獻
NVIDIA JUPITER 的 104 量子位模擬標誌著在容錯量子計算領域的重要進展。透過考慮現實硬件噪聲，這項研究能更準確地評估量子計算設計的可行性，這對於未來的量子應用開發至關重要。隨著量子計算技術的發展，能夠在物理硬件建造之前進行詳細模擬，將大幅提高研究效率，並促進藥物發現及材料科學等領域的創新。NVIDIA 的努力顯示出超級計算機與量子處理器之間的協同作用，為未來的量子計算研究鋪平道路。