Европейският суперкомпютър Jupiter, разположен наскоро в Суперкомпютърния център в Юлих (JSC), постави нов световен рекорд за класическа симулация на квантови схеми.
Екипът на JSC, в сътрудничество със специалисти на Nvidia, завърши пълна симулация на универсален квантов компютър с 50 кубита, надминавайки предишния рекорд от 48 кубита, също постигнат в Юлих.
Това постижение демонстрира границите на класическите изчисления и проправя пътя за тестване на квантови алгоритми много преди появата на масово произвеждани, надеждни квантови машини.
Симулирането на универсален квантов процесор е от фундаментално значение за развитието на бъдещите квантови технологии. Точните модели позволяват на учените да тестват методи за квантова химия и материалознание, като VQE (вариационен квантов решавач на собствени стойности) и оптимизационни алгоритми, включително QAOA (квантов приблизителен оптимизационен алгоритъм).
Тези подходи са предназначени за реални квантови устройства, но самите устройства все още не осигуряват необходимата стабилност и мащаб, което прави класическите суперкомпютри ключов тестов полигон.
Основното предизвикателство е, че класическите симулации на квантови компютри нарастват експоненциално по отношение на ресурсите: всеки добавен кубит удвоява капацитета на паметта и броя на операциите. Типичен лаптоп може да обработва приблизително 30 кубита. Петдесет кубита изискват приблизително 2 петабайта памет и използване на архитектурата Jupiter с хиляди модули Nvidia GH200.
Симулаторът, пуснат на Jupiter, точно възпроизвежда поведението на реален квантов процесор. Всяка квантова логическа операция (квантов портал) засяга повече от 2 квадрилиона комплексни амплитуди (от порядъка на 2 x 1015 числа), които трябва да бъдат координирани между хиляди изчислителни възли. Именно този мащаб е направил предишните опити за симулиране на такива големи системи практически непостижими, дори за напреднали машини.
Пробивът е осъществен благодарение на ново поколение софтуер – версията JUQCS-50 използва хибридната памет на модулите Nvidia GH200, прехвърляйки част от данните между паметта на графичните процесори и централните процесори (CPU) с минимална загуба на производителност.
Специален метод на компресия с байтово кодиране намалява изискванията за памет с коефициент 8, а динамичен алгоритъм непрекъснато оптимизира трансфера на данни между повече от 16 000 суперпроцесора по време на симулация.
“Със софтуера JUQCS-50 можем да емулираме универсални квантови компютри с висока точност и да решаваме проблеми, с които никой съществуващ квантов процесор в момента не може да се справи”, казва проф. Ханс Де Радт, водещ автор на изследването.
Полученият симулатор ще стане част от инфраструктурата JUNIQ (Julich UNified Infrastructure for Quantum Computing), до коята ще имат достъп външни изследователски групи и компании.
JUQCS-50 ще се използва не само като инструмент за разработване и тестване на квантови алгоритми, но и като бенчмарк за оценка на възможностите на суперкомпютрите от следващо поколение.
