英伟达宣布,在德国于利希超级计算中心的JUPITER超级计算机上完成了一项创纪录的量子计算模拟。JUPITER是欧洲首台百亿亿次(exascale)超算,此次模拟运行在GH200超芯片系统上,规模达到104量子比特,是迄今对容错量子处理器最全面的模拟,能够在接近真实硬件的噪声条件下,模拟量子处理器执行容错计算的过程。
这项工作的核心是验证“魔法态培育”(magic state cultivation)方法。量子比特工作在物理极限附近,控制它们所需的相互作用会引入难以避免的噪声。容错量子计算需要反复制备并消耗“魔法态”,因此任何能降低魔法态制备难度的优化,都会显著降低建造实用量子计算机的门槛。英伟达研究人员在模拟中引入了真实噪声,验证了一种先进的魔法态培育方案,所需量子比特比此前方法少90%。
于利希研究中心此前曾在理想、无噪声条件下模拟过50量子比特。此次模拟则把魔法态培育放到真实硬件噪声环境中考察,帮助研究者理解误差带来的影响。英伟达创始人兼CEO黄仁勋表示,实用量子计算需要极其复杂的容错系统,理解其大规模行为是建造这类系统的前提;于利希的成果展示了量子处理器与GPU超算如何协同,去攻克原本难以触及的研究问题。于利希超级计算中心负责人Kristel Michielsen则称,欧洲对JUPITER的投资让研究者得以探索此前无法触及的问题,与英伟达合作把这种能力带入量子计算领域。
从工程角度看,大规模模拟魔法态培育面临内存随量子比特数指数级增长的难题,传统计算系统难以承载。英伟达透露,位于NVIDIA加速量子研究中心(NVAQC)的GB200 NVL72系统充当了该项目的开发平台,让团队先把测试从4块GPU扩展到数百块,再迁移到JUPITER的8192块GPU上运行。这一流程把原本耗时数周的模拟压缩到数天,也让团队为使用JUPITER的百亿亿次算力做好准备。
软件层面,模拟使用了cuQuantum来实现高度优化的性能与扩展,并借助CUDA-Q平台容错逻辑层来表达魔法态电路。英伟达认为,随着量子计算系统规模扩大,模拟将变得越来越重要和复杂;而NVAQC这类加速计算集群的价值在于,让研究者在动用世界级超算做最 demanding 的计算之前,先开发和验证模拟方法。
对关注AI与算力产业的读者而言,这条消息的意义不止于量子计算本身。它展示了GPU超算正在成为量子硬件研发的“前置验证场”:在量子处理器被制造出来之前,先用经典超算在真实噪声模型下预测其性能,从而减少硬件试错成本。这既为英伟达的加速计算平台打开了量子研发这一新场景,也意味着量子计算与经典超算的协同将更紧密——量子处理器负责特定计算任务,GPU超算负责模拟、校准与验证。随着容错量子计算从实验室走向工程化,这类大规模模拟能力可能成为量子产业链上不可或缺的一环。