NVIDIA провела рекордну симуляцію відмовостійких квантових обчислень на суперкомп’ютері JUPITER

Компанія NVIDIA оголосила про проведення рекордної за масштабом симуляції відмовостійких квантових обчислень на JUPITER – першому екзафлопсному суперкомп’ютері Європи, розташованому у Центрі суперкомп’ютерних обчислень Юліха (Jülich Supercomputing Centre).

Симуляція охопила 104 кубіти і стала наймасштабнішим комплексним моделюванням системи відмовостійких квантових обчислень на сьогодні. Вона повністю відтворює роботу реального квантового процесора під час виконання відмовостійких обчислень, що раніше не було досягнуто в жодній симуляції.

Цей прорив підтверджує перспективний підхід до квантових обчислень, відомий як magic state cultivation (вирощування магічних станів). Він вимагає на 90% менше фізичних кубітів порівняно з попередніми методами, що значно прискорює прогрес у розробці корисних квантових додатків у таких сферах, як розробка ліків, фінансове моделювання та матеріалознавство.

Симуляції на JUPITER надають квантовій індустрії практичні дані про вплив шуму на відмовостійкі квантові обчислення. Це дозволить дослідникам вдосконалювати дизайни майбутніх квантових процесорів ще до їх фізичного виготовлення, скорочуючи шлях до створення функціональних квантових комп’ютерів на роки.

«Корисні квантові обчислення потребуватимуть фантастично складних, відмовостійких систем, і розуміння їхньої поведінки в масштабі є ключовим для їх створення», — зазначив Дженсен Хуанг, засновник і генеральний директор NVIDIA. «Наші результати з Юліха демонструють, як квантові процесори та суперкомп’ютери на базі GPU можуть працювати разом для вирішення дослідницьких завдань, які раніше були недосяжні, прискорюючи відкриття трансформаційних квантових додатків».

Крістель Міхіельсен, директор Центру суперкомп’ютерних обчислень Юліха, додала: «Інвестиції Європи в JUPITER дають дослідникам можливість вивчати питання, які раніше були поза досяжністю. Співпрацюючи з NVIDIA, ми надаємо цю можливість квантовим обчисленням, допомагаючи вченим приймати обґрунтованіші рішення щодо дизайнів, які з найбільшою ймовірністю приведуть до корисних додатків».

Зменшення ресурсів для корисних квантових обчислень

Оскільки кубіти працюють на межі фізичних можливостей, необхідні для їх контролю взаємодії створюють неминучий, спричиняючий помилки шум. Обчислення за наявності такого шуму — відмовостійкі квантові обчислення — вимагають використання магічних станів. Це специфічна конфігурація кубітів, яка постійно споживається під час відмовостійких квантових обчислень.

Відмовостійкі квантові комп’ютери критично залежать від багаторазового створення магічних станів. Будь-яка оптимізація процесу їх створення суттєво полегшує побудову корисного квантового комп’ютера.

Симулюючи цей процес за реалістичних умов шуму, дослідники NVIDIA підтвердили сучасний підхід до вирощування магічних станів, надавши інструменти для розробки та тестування майбутніх удосконалень.

Раніше Центр Юліха провів симуляцію 50 кубітів за ідеальних, безшумних умов. Нова робота моделює вирощування магічних станів за реалістичного апаратного шуму, допомагаючи дослідникам зрозуміти вплив помилок.

Від розробки до екзафлопсної симуляції

Симулювання вирощування магічних станів допомагає оцінювати та покращувати дизайни перед побудовою квантового обладнання. Однак, необхідна пам’ять може експоненціально зростати з кількістю кубітів, роблячи великомасштабні симуляції недоступними для традиційних обчислювальних систем.

Система NVIDIA GB200 NVL72 у Центрі прискорених квантових досліджень NVIDIA (NVAQC) слугувала платформою розробки для проєкту JUPITER, дозволяючи масштабувати тести від чотирьох до сотень GPU, перш ніж перейти до 8192 GPU на JUPITER.

Дослідники використовували центр для прискорення розробки та тестування своїх методів симуляції, порівняння результатів з JUPITER та вивчення масштабування точності залежно від обчислювальних ресурсів. Ця робота скоротила час симуляції з тижнів до днів, готуючи команду до ефективного використання екзафлопсної обчислювальної потужності JUPITER.

Проєкт демонструє, як симуляції ставатимуть дедалі важливішими та складнішими зі зростанням розмірів квантових систем. Він також показує корисність прискорених обчислювальних кластерів, подібних до NVAQC, які дозволяють дослідникам розробляти та валідувати методи симуляції перед використанням суперкомп’ютерів світового класу для найскладніших обчислень.

Симуляції виконувалися з використанням програмного забезпечення NVIDIA cuQuantum для досягнення високооптимізованої продуктивності та масштабу, а також відмовостійкого логічного рівня платформи NVIDIA CUDA-Q для вираження магічної схеми.

джерело: NVIDIA