NVIDIA symuluje na JUPITER rekordowy protokół odporny na błędy z udziałem 104 kubitów

19 października 2026 r. NVIDIA ogłosiła, jak określiła, rekordową symulację obliczeń kwantowych na JUPITER — pierwszym europejskim superkomputerze eksaskalowym. Symulacja obejmowała obliczenia z udziałem 104 kubitów, przeprowadzone na 8192 procesorach graficznych NVIDIA GH200 w Jülich Supercomputing Centre. Modelowała działanie realistycznego procesora kwantowego wykonującego obliczenia odporne na błędy.

Co według NVIDIA potwierdza symulacja

NVIDIA określa symulację z udziałem 104 kubitów jako największą jak dotąd kompleksową symulację odpornego na błędy procesora kwantowego i twierdzi, że we wcześniejszych symulacjach nie modelowano procesorów kwantowych z taką szczegółowością. Według firmy przeprowadzona symulacja potwierdza skuteczność kultywacji stanów magicznych — podejścia do obliczeń kwantowych odpornych na błędy, które wymaga o 90% mniej kubitów fizycznych niż wcześniejsze metody. NVIDIA poinformowała, że symulacje o takiej dokładności dostarczają badaczom danych potrzebnych do przewidywania wydajności przyszłych projektów, zanim zostaną zbudowane, ograniczając zależność od testowania sprzętu metodą prób i błędów. Wskazała też na spodziewane zastosowania w odkrywaniu leków, modelowaniu finansowym i materiałoznawstwie.

„Użyteczne obliczenia kwantowe będą wymagać niezwykle złożonych, odpornych na błędy systemów — a zrozumienie ich zachowania w dużej skali jest niezbędne, by je zbudować” — powiedział Jensen Huang, założyciel i dyrektor generalny NVIDIA, w ogłoszeniu firmy. Huang stwierdził, że wyniki z Jülich pokazują, iż procesory kwantowe i superkomputery wyposażone w procesory graficzne mogą wspólnie prowadzić badania, które w przeciwnym razie byłyby poza zasięgiem.

Kristel Michielsen, dyrektorka Jülich Supercomputing Centre w Forschungszentrum Jülich, powiedziała, że europejska inwestycja w JUPITER umożliwia badaczom analizowanie zagadnień, które wcześniej pozostawały poza ich zasięgiem, a współpraca z NVIDIA przenosi te możliwości na grunt obliczeń kwantowych. Dodała, że prace pomagają naukowcom podejmować lepiej uzasadnione decyzje dotyczące projektów, które z największym prawdopodobieństwem pozwolą opracować użyteczne zastosowania.

Stany magiczne, kody i realistyczny model szumu

Jak wyjaśniono w ogłoszeniu NVIDIA, kubity działają na granicy możliwości fizyki, a interakcje niezbędne do ich kontrolowania wprowadzają nieunikniony szum powodujący błędy. Obliczenia prowadzone w jego obecności, określane jako obliczenia kwantowe odporne na błędy, wymagają stanów magicznych — szczególnego układu kubitów, który jest nieustannie zużywany podczas obliczeń odpornych na błędy. Ponieważ maszyny odporne na błędy wymagają wielokrotnego wytwarzania stanów magicznych, każda optymalizacja sposobu ich tworzenia znacznie ułatwia budowę użytecznego komputera kwantowego.

Wpis techniczny zespołu CUDA-Q z NVIDIA wyjaśnia, dlaczego takie symulacje są trudne. Wiele operacji stosowanych w kwantowej korekcji błędów to operacje Clifforda, które można symulować wydajnie przy odpowiednich założeniach dotyczących szumu, jednak uniwersalne obliczenia kwantowe wymagają co najmniej jednej dodatkowej, nietrywialnej operacji — a właśnie ten składnik zapewniają stany magiczne. Symulowany protokół przygotowuje stan w niewielkim kodzie korekcji błędów, sprawdza go pod kątem błędów, a następnie zwiększa odległość kodu: zaczyna od kolorowego kodu o odległości 3, wykorzystuje niedawno opracowane pomiary flagowe do wykrywania szkodliwych błędów i przechodzi do hybrydowej konfiguracji kodu kolorowego i powierzchniowego o odległości 7, po czym następują kolejne rundy korekcji błędów i odczyt. W liczbie 104 kubitów uwzględniono kubity danych i kubity pomocnicze używane w całej tej sekwencji.

Według wpisu technicznego model uruchomiony na JUPITER uwzględnia koherentne błędy fazowe, które mogą się kumulować i wzajemnie zakłócać, a także wyciek, czyli sytuację, w której kubit nadprzewodzący opuszcza swoje zwykłe dwa poziomy obliczeniowe. Dla wybranych fizycznych lokalizacji modeluje się trzeci poziom energetyczny, co znacznie zwiększa złożoność symulacji. Dzięki tym mechanizmom badacze mogą analizować zachowanie wykraczające poza model losowych zmian bitu i fazy, a zarazem uwzględniać rzeczywiste operacje nie-Clifforda, które przygotowują stan magiczny.

Prace różnią się od wcześniejszych badań w Jülich, w których symulowano 50 kubitów w idealnych warunkach, bez szumu. Forschungszentrum Jülich poinformowało 11 listopada 2025 r., że zespół z Jülich, współpracujący z ekspertami NVIDIA, przeprowadził pełną symulację uniwersalnego komputera kwantowego z 50 kubitami na JUPITER, zainaugurowanym w Forschungszentrum Jülich we wrześniu 2025 r. Tym samym pobił rekord 48 kubitów ustanowiony przez badaczy z Jülich w 2019 r. na japońskim superkomputerze K. W ogłoszeniu zaznaczono, że każdy dodatkowy kubit podwaja zapotrzebowanie na moc obliczeniową i pamięć, a symulacja 50 kubitów wymaga około 2 petabajtów pamięci.

Od klastra deweloperskiego do 8192 procesorów graficznych

NVIDIA poinformowała, że ze względu na wykładniczy wzrost zapotrzebowania na pamięć wraz ze wzrostem liczby kubitów symulacje na dużą skalę wykraczają poza możliwości konwencjonalnych systemów obliczeniowych. System NVIDIA GB200 NVL72 w NVIDIA Accelerated Quantum Research Center posłużył jako platforma deweloperska projektu JUPITER. Umożliwił badaczom skalowanie testów od czterech procesorów graficznych do setek, zanim przenieśli je na 8192 procesorów graficznych na JUPITER, zbudowanym przez Bull. Zespół wykorzystał centrum do udoskonalenia metod symulacji, porównania wyników z JUPITEREM i zbadania, jak dokładność zmieniała się wraz z dodatkowymi zasobami obliczeniowymi. Jak podaje NVIDIA, prace te skróciły symulacje trwające wcześniej tygodniami do kilku dni.

Wpis techniczny opisuje rozwiązania inżynieryjne zastosowane podczas tego uruchomienia. Symulator zmienia kolejność operacji, zachowując zależności między nimi i statystyki pomiarów, a także ponownie wykorzystuje pamięć, gdy kubity są mierzone i zwalniane. Grupuje układy trójpoziomowe i zapisuje je w postaci binarnej, którą może przetwarzać biblioteka cuStateVec z pakietu cuQuantum: pięć układów trójpoziomowych ma 243 stany bazowe i mieści się w ośmiu bitach pamięci binarnej, co daje 256 pozycji. W konfiguracji z 8192 procesorami GPU rejestr zakodowany na 45 bitach reprezentuje około 35,2 biliona amplitud zespolonych, a sam stan w podwójnej precyzji zajmuje 512 TiB rozproszonej pamięci GPU, czyli 64 GiB na jeden procesor GPU.

Symulacje przeprowadzono z użyciem oprogramowania NVIDIA cuQuantum i warstwy logicznej odpornej na błędy na platformie CUDA-Q, która posłużyła do opisania obwodu stanów magicznych. W ramach projektu opracowano również rozproszone narzędzia do faktoryzacji, wykorzystujące NVIDIA cuBLASMp i cuSOLVERMp. Analizują one wybrane części zapisanej postaci stanu, aby zbadać, ile informacji musi zachować bardziej zwarta reprezentacja. Pozwala to testować przybliżone metody symulacji w odniesieniu do szczegółowego opisu za pomocą wektora stanu.

Jak poinformował zespół, w małych testach walidacyjnych spakowanych obwodów przeprowadzonych w centrum badawczym niezależne obliczenia z użyciem wektora stanu i sieci tensorowej dawały zgodne wyniki prawdopodobieństw pomiarów z dokładnością do około 10⁻¹³, gdy zaostrzono próg obcinania sieci tensorowej. Mniejsze przebiegi służą jako punkt odniesienia przy szacowaniu wymaganych zasobów GPU i budżetu godzin pracy GPU przed przydzieleniem czasu superkomputera. Zespół poinformował też, że to samo podejście może wspierać przyszłe badania z wykorzystaniem różnych modeli wycieku, harmonogramów obwodów i protokołów korekcji błędów, z których każdy można najpierw przetestować w niewielkiej skali, a następnie rozszerzyć na większe konfiguracje.