輝達宣佈,在德國於利希超級計算中心的JUPITER超級計算機上完成了一項創紀錄的量子計算模擬。JUPITER是歐洲首台百億億次(exascale)超算,此次模擬執行在GH200超晶片系統上,規模達到104量子位元,是迄今對容錯量子處理器最全面的模擬,能夠在接近真實硬體的噪聲條件下,模擬量子處理器執行容錯計算的過程。

這項工作的核心是驗證“魔法態培育”(magic state cultivation)方法。量子位元工作在物理極限附近,控制它們所需的相互作用會引入難以避免的噪聲。容錯量子計算需要反複製備並消耗“魔法態”,因此任何能降低魔法態製備難度的最佳化,都會顯著降低建造實用量子計算機的門檻。輝達研究人員在模擬中引入了真實噪聲,驗證了一種先進的魔法態培育方案,所需量子位元比此前方法少90%。

於利希研究中心此前曾在理想、無噪聲條件下模擬過50量子位元。此次模擬則把魔法態培育放到真實硬體噪聲環境中考察,幫助研究者理解誤差帶來的影響。輝達創始人兼CEO黃仁勳表示,實用量子計算需要極其複雜的容錯系統,理解其大規模行為是建造這類系統的前提;於利希的成果展示了量子處理器與GPU超算如何協同,去攻克原本難以觸及的研究問題。於利希超級計算中心負責人Kristel Michielsen則稱,歐洲對JUPITER的投資讓研究者得以探索此前無法觸及的問題,與輝達合作把這種能力帶入量子計算領域。

從工程角度看,大規模模擬魔法態培育面臨記憶體隨量子位元數指數級增長的難題,傳統計算系統難以承載。輝達透露,位於NVIDIA加速量子研究中心(NVAQC)的GB200 NVL72系統充當了該專案的開發平台,讓團隊先把測試從4塊GPU擴充套件到數百塊,再遷移到JUPITER的8192塊GPU上執行。這一流程把原本耗時數週的模擬壓縮到數天,也讓團隊為使用JUPITER的百億億次算力做好準備。

軟體層面,模擬使用了cuQuantum來實現高度最佳化的效能與擴充套件,並藉助CUDA-Q平台容錯邏輯層來表達魔法態電路。輝達認為,隨著量子計算系統規模擴大,模擬將變得越來越重要和複雜;而NVAQC這類加速計算叢集的價值在於,讓研究者在動用世界級超算做最 demanding 的計算之前,先開發和驗證模擬方法。

對關注AI與算力產業的讀者而言,這條訊息的意義不止於量子計算本身。它展示了GPU超算正在成為量子硬體研發的“前置驗證場”:在量子處理器被製造出來之前,先用經典超算在真實噪聲模型下預測其效能,從而減少硬體試錯成本。這既為輝達的加速計算平台打開了量子研發這一新場景,也意味著量子計算與經典超算的協同將更緊密——量子處理器負責特定計算任務,GPU超算負責模擬、校準與驗證。隨著容錯量子計算從實驗室走向工程化,這類大規模模擬能力可能成為量子產業鏈上不可或缺的一環。