NVIDIA Menyimulasikan Protokol Toleran-Kesalahan 104-Qubit yang Memecahkan Rekor di JUPITER

Pada 19 Oktober 2026, NVIDIA mengumumkan simulasi komputasi kuantum yang disebutnya memecahkan rekor di JUPITER, superkomputer eksaskala pertama di Eropa. Simulasi tersebut menjalankan komputasi dengan 104 qubit pada 8.192 GPU NVIDIA GH200 di Jülich Supercomputing Centre untuk memodelkan kinerja prosesor kuantum realistis dalam melakukan komputasi toleran-kesalahan.

Hal yang Menurut NVIDIA Dibuktikan oleh Simulasi Ini

NVIDIA menyebut simulasi 104 qubit ini sebagai simulasi komprehensif terbesar hingga saat ini terhadap prosesor kuantum toleran-kesalahan. Menurut NVIDIA, belum ada simulasi sebelumnya yang memodelkan prosesor kuantum dengan tingkat perincian selengkap ini. Perusahaan itu mengatakan simulasi tersebut membuktikan kelayakan kultivasi keadaan ajaib, pendekatan komputasi kuantum toleran-kesalahan yang membutuhkan 90% lebih sedikit qubit fisik dibandingkan metode sebelumnya. NVIDIA menyatakan bahwa simulasi dengan tingkat ketelitian seperti ini memberi peneliti data yang diperlukan untuk memprediksi kinerja desain mendatang sebelum dibangun, sehingga mengurangi ketergantungan pada uji coba perangkat keras. NVIDIA juga menyoroti potensi penerapannya dalam penemuan obat, pemodelan keuangan, dan ilmu material.

“Komputasi kuantum yang bermanfaat akan membutuhkan sistem toleran-kesalahan yang sangat kompleks—dan memahami perilakunya dalam skala besar sangat penting untuk membangunnya,” kata Jensen Huang, pendiri dan CEO NVIDIA, dalam pengumuman perusahaan tersebut. Huang mengatakan hasil dari Jülich menunjukkan bahwa prosesor kuantum dan superkomputer GPU dapat bekerja sama dalam penelitian yang sebelumnya sulit dijangkau.

Kristel Michielsen, direktur Jülich Supercomputing Centre di Forschungszentrum Jülich, mengatakan investasi Eropa pada JUPITER memungkinkan para peneliti menyelidiki pertanyaan yang sebelumnya sulit dijangkau, dan kolaborasi dengan NVIDIA membawa kemampuan tersebut ke bidang komputasi kuantum. Ia mengatakan penelitian ini membantu para ilmuwan mengambil keputusan yang lebih berlandaskan informasi mengenai desain yang paling berpeluang menghasilkan aplikasi bermanfaat.

Keadaan Ajaib, Kode, dan Model Derau yang Realistis

Qubit bekerja pada batas-batas fisika, dan interaksi yang diperlukan untuk mengendalikannya menimbulkan derau yang tak terhindarkan dan menyebabkan kesalahan, jelas pengumuman NVIDIA. Komputasi di tengah derau tersebut, yang dikenal sebagai komputasi kuantum toleran-kesalahan, memerlukan keadaan ajaib, yakni susunan qubit tertentu yang terus-menerus digunakan selama komputasi toleran-kesalahan. Karena mesin toleran-kesalahan bergantung pada produksi keadaan ajaib secara berulang, setiap optimalisasi dalam proses pembuatannya sangat mengurangi kesulitan membangun komputer kuantum yang bermanfaat.

Sebuah tulisan teknis dari tim CUDA-Q NVIDIA menjelaskan alasan simulasi semacam ini sulit dilakukan. Banyak operasi yang digunakan dalam koreksi kesalahan kuantum merupakan operasi Clifford, yang dapat disimulasikan secara efisien dengan asumsi derau yang sesuai. Namun, komputasi kuantum universal memerlukan setidaknya satu operasi tambahan yang tidak sepele—unsur yang disediakan oleh keadaan ajaib. Protokol yang disimulasikan menyiapkan keadaan dalam kode koreksi-kesalahan kecil, memeriksanya untuk mendeteksi kesalahan, lalu memperluasnya ke jarak kode yang lebih besar: prosesnya dimulai dengan kode warna berjarak 3, menggunakan pengukuran bendera yang baru dirancang untuk mendeteksi kesalahan berbahaya, lalu berkembang menjadi konfigurasi gabungan kode warna dan kode permukaan berjarak 7 sebelum putaran koreksi kesalahan dan pembacaan hasil selanjutnya. Jumlah 104 qubit yang disebutkan mencakup qubit data dan qubit bantu yang digunakan sepanjang rangkaian tersebut.

Menurut tulisan teknis tersebut, model yang dijalankan di JUPITER mencakup kesalahan fase koheren, yang dapat terakumulasi dan saling mengganggu, serta kebocoran, yakni keadaan ketika qubit superkonduktor keluar dari dua tingkat komputasi yang biasanya ditempatinya. Sejumlah lokasi fisik dimodelkan dengan tingkat energi ketiga, sehingga kompleksitas simulasi meningkat secara signifikan. Mekanisme tersebut memungkinkan para peneliti mengkaji perilaku di luar model pembalikan bit dan fase acak, sembari tetap menyertakan operasi non-Clifford yang sebenarnya untuk menyiapkan keadaan ajaib.

Penelitian ini berbeda dari penelitian Jülich terdahulu yang menyimulasikan 50 qubit dalam kondisi ideal tanpa derau. Forschungszentrum Jülich mengumumkan pada 11 November 2025 bahwa tim Jülich yang bekerja sama dengan para ahli NVIDIA telah menyimulasikan sepenuhnya komputer kuantum universal 50 qubit di JUPITER, yang diresmikan di Forschungszentrum Jülich pada September 2025. Pencapaian itu melampaui rekor 48 qubit yang dibuat para peneliti Jülich pada 2019 menggunakan komputer K di Jepang. Pengumuman tersebut menyebutkan bahwa setiap tambahan satu qubit menggandakan kebutuhan komputasi dan memori, sehingga simulasi 50 qubit membutuhkan memori sekitar 2 petabita.

Dari Klaster Pengembangan hingga 8.192 GPU

NVIDIA mengatakan bahwa karena kebutuhan memori meningkat secara eksponensial seiring bertambahnya jumlah qubit, simulasi skala besar berada di luar jangkauan sistem komputasi konvensional. Sistem NVIDIA GB200 NVL72 di NVIDIA Accelerated Quantum Research Center menjadi platform pengembangan proyek JUPITER. Sistem itu memungkinkan para peneliti meningkatkan skala pengujian dari empat GPU menjadi ratusan GPU sebelum beralih ke 8.192 GPU di JUPITER, yang dibangun oleh Bull. Tim tersebut menggunakan pusat itu untuk menyempurnakan metode simulasi, membandingkan hasil dengan JUPITER, dan mengkaji bagaimana akurasi meningkat seiring bertambahnya sumber daya komputasi. Menurut NVIDIA, pekerjaan ini memangkas proses simulasi yang biasanya memakan waktu berminggu-minggu menjadi hitungan hari.

Tulisan teknis tersebut menjelaskan rekayasa di balik pelaksanaan simulasi. Simulator menyusun ulang operasi dengan tetap mempertahankan dependensi dan statistik pengukurannya, serta menggunakan kembali penyimpanan saat qubit diukur dan dilepaskan. Simulator mengemas kelompok sistem tiga tingkat ke dalam representasi biner yang dapat dijalankan oleh pustaka cuStateVec dari cuQuantum: lima sistem tiga tingkat memiliki 243 keadaan basis dan dapat ditampung dalam delapan bit penyimpanan biner, yang menyediakan 256 entri. Dalam konfigurasi 8.192 GPU, register berkode 45 bit merepresentasikan sekitar 35,2 triliun amplitudo kompleks. Dengan presisi ganda, keadaan itu saja menggunakan 512 TiB memori GPU terdistribusi, atau 64 GiB per GPU.

Simulasi dijalankan menggunakan perangkat lunak NVIDIA cuQuantum dan lapisan logika toleran kesalahan pada platform CUDA-Q untuk merepresentasikan rangkaian keadaan ajaib. Proyek ini juga mengembangkan perangkat faktorisasi terdistribusi menggunakan NVIDIA cuBLASMp dan cuSOLVERMp. Perangkat tersebut memeriksa partisi tertentu dari keadaan yang tersimpan untuk mengkaji seberapa banyak informasi yang harus dipertahankan dalam representasi yang lebih ringkas, sehingga membuka jalan untuk menguji metode simulasi aproksimatif dengan membandingkannya terhadap referensi vektor keadaan yang terperinci.

Dalam kasus validasi rangkaian terkemas berskala kecil di pusat riset, perhitungan vektor keadaan dan jaringan tensor yang dilakukan secara independen menghasilkan probabilitas pengukuran yang sama, dengan selisih sekitar 10⁻¹³ ketika ambang pemangkasan jaringan tensor diperketat, menurut laporan tim. Uji berskala lebih kecil menjadi tolok ukur untuk memperkirakan kebutuhan GPU dan anggaran jam-GPU sebelum mengalokasikan waktu superkomputer. Tim mengatakan pendekatan yang sama dapat mendukung penelitian mendatang dengan model kebocoran, jadwal rangkaian, dan protokol koreksi kesalahan yang berbeda; setiap penelitian dapat diuji pada skala yang terkendali sebelum diperluas ke konfigurasi yang lebih besar.