Суперкомпьютер JUPITER установил мировой рекорд, симулировав 50-кубитный квантовый компьютер

Исследователи из Юлихского суперкомпьютерного центра (JSC) и NVIDIA достигли значительного успеха в области квантовых вычислений, впервые полностью смоделировав универсальный квантовый компьютер с 50 кубитами. Этот рекорд был установлен с помощью суперкомпьютера JUPITER — первого европейского экзафлопсного суперкомпьютера, официально запущенного в Forschungszentrum Jülich в сентябре прошлого года.

Достижение превзошло предыдущий рекорд в 48 кубитов, который был установлен учеными JSC в 2019 году с использованием японского компьютера K. Помимо установления нового рекорда, этот прорыв демонстрирует огромные возможности JUPITER и может ускорить разработку будущих квантовых алгоритмов и технологий.

Симуляция квантового компьютера на традиционном суперкомпьютере — чрезвычайно сложная задача, поскольку сложность растет экспоненциально с каждым добавленным кубитом. Каждый новый кубит удваивает требования к памяти и вычислительной мощности. Обычный ноутбук может справиться с симуляцией примерно 30 кубитов. Для симуляции 50 кубитов требуется около 2 петабайт памяти, что эквивалентно примерно двум миллионам гигабайт.

«Только крупнейшие в мире суперкомпьютеры в настоящее время могут предоставить такой объем памяти, — говорит профессор Кристель Михельсен, директор Юлихского суперкомпьютерного центра. — Этот пример использования иллюстрирует, насколько тесно прогресс в области высокопроизводительных вычислений и квантовых исследований переплетены сегодня».

Рекорд стал возможен благодаря использованию NVIDIA GH200 Superchips в системе JUPITER. Эти чипы тесно связывают центральные и графические процессоры, позволяя данным, превышающим объем памяти GPU, временно храниться в памяти CPU без потери производительности. Инженеры NVIDIA Application Lab модернизировали симуляционное ПО JSC — Юлихский универсальный симулятор квантовых компьютеров (JUQCS). Обновленная версия, названная JUQCS-50, способна эффективно выполнять квантовые вычисления даже при переносе части данных в память CPU. Исследователи также внедрили технику сжатия данных, сокращающую требования к памяти в восемь раз, и динамическую систему оптимизации обмена данными между более чем 16 000 чипов GH200.

«С помощью JUQCS-50 мы можем эмулировать универсальные квантовые компьютеры с высокой точностью и решать задачи, которые ни один существующий квантовый процессор пока не в состоянии решить», — говорит профессор Ханс Де Раедт из Юлихского суперкомпьютерного центра, ведущий автор исследования.

JUQCS-50 будет доступен внешним исследовательским организациям и компаниям через инфраструктуру JUNIQ. Ожидается, что он послужит как научным инструментом, так и эталоном для оценки будущих суперкомпьютеров.