A NVIDIA simula no JUPITER um protocolo tolerante a falhas recordista, com 104 qubits

Em 19 de outubro de 2026, a NVIDIA anunciou o que descreveu como uma simulação recordista de computação quântica no JUPITER, o primeiro supercomputador exascale da Europa: uma execução com 104 qubits realizada em 8.192 GPUs NVIDIA GH200 no Jülich Supercomputing Centre, que modela o desempenho de um processador quântico realista ao executar computação tolerante a falhas.

O que a NVIDIA afirma que a execução valida

A NVIDIA descreve a simulação com 104 qubits como a maior simulação abrangente de um processador quântico tolerante a falhas já realizada e afirma que nenhuma simulação anterior havia modelado processadores quânticos com tamanho nível de detalhamento. Segundo a empresa, a execução valida o cultivo de estados mágicos, uma abordagem de computação quântica tolerante a falhas que exige 90% menos qubits físicos do que os métodos anteriores. A NVIDIA afirmou que simulações com esse grau de fidelidade fornecem aos pesquisadores os dados necessários para prever o desempenho de projetos futuros antes de serem construídos, reduzindo a dependência de tentativa e erro com hardware, e apontou aplicações previstas em descoberta de medicamentos, modelagem financeira e ciência dos materiais.

“A computação quântica útil exigirá sistemas tolerantes a falhas de complexidade extraordinária — e compreender como eles se comportam em grande escala é essencial para construí-los”, afirmou Jensen Huang, fundador e CEO da NVIDIA, em um anúncio da empresa. Huang disse que os resultados de Jülich mostram que processadores quânticos e supercomputadores com GPUs podem trabalhar juntos em pesquisas que, de outra forma, estariam fora de alcance.

Kristel Michielsen, diretora do Jülich Supercomputing Centre no Forschungszentrum Jülich, afirmou que o investimento da Europa no JUPITER permite aos pesquisadores investigar questões que antes estavam fora de alcance e que a colaboração com a NVIDIA leva essa capacidade à computação quântica. Ela disse que o trabalho ajuda os cientistas a tomar decisões mais bem fundamentadas sobre os projetos com maior probabilidade de viabilizar aplicações úteis.

Estados mágicos, códigos e um modelo de ruído realista

Os qubits operam nos limites da física, e as interações necessárias para controlá-los introduzem ruído inevitável que causa erros, explica o anúncio da NVIDIA. A computação na presença desse ruído, conhecida como computação quântica tolerante a falhas, requer estados mágicos: um arranjo específico de qubits que é consumido continuamente durante uma computação tolerante a falhas. Como as máquinas tolerantes a falhas dependem da produção repetida de estados mágicos, qualquer otimização na forma como eles são produzidos reduz drasticamente a dificuldade de construir um computador quântico útil.

Uma publicação técnica da equipe CUDA-Q da NVIDIA explica por que essas simulações são difíceis. Muitas operações usadas na correção de erros quânticos são operações de Clifford, que podem ser simuladas com eficiência sob hipóteses adequadas sobre o ruído, mas a computação quântica universal exige pelo menos uma operação não trivial adicional, fornecida pelos estados mágicos. O protocolo simulado prepara um estado em um pequeno código de correção de erros, verifica se há falhas e o amplia para distâncias de código maiores: começa com um código de cores de distância 3, usa medições de sinalização projetadas recentemente para detectar falhas prejudiciais e evolui para uma configuração híbrida de código de cores e código de superfície de distância 7, antes de novas rodadas de correção de erros e da leitura dos resultados. Os 104 qubits contabilizados incluem os qubits de dados e os auxiliares usados ao longo dessa sequência.

Segundo a publicação técnica, o modelo executado no JUPITER inclui erros coerentes de fase, que podem se acumular e interferir entre si, e vazamento, no qual um qubit supercondutor sai de seus dois níveis computacionais habituais. Alguns sítios físicos são modelados com um terceiro nível de energia, o que aumenta significativamente a complexidade da simulação. Esses mecanismos permitem aos pesquisadores examinar comportamentos que vão além de um modelo de inversões aleatórias de bits e de fase, mantendo as operações não Clifford reais que preparam o estado mágico.

O trabalho difere de pesquisas anteriores de Jülich, que simularam 50 qubits em condições ideais, sem ruído. O Forschungszentrum Jülich anunciou, em 11 de novembro de 2025, que uma equipe de Jülich, trabalhando com especialistas da NVIDIA, havia simulado integralmente um computador quântico universal de 50 qubits no JUPITER, inaugurado no Forschungszentrum Jülich em setembro de 2025, superando o recorde de 48 qubits estabelecido por pesquisadores de Jülich em 2019 no computador K do Japão. O anúncio observou que cada qubit adicional dobra os requisitos de computação e memória, levando a simulação de 50 qubits a cerca de 2 petabytes de memória.

De um cluster de desenvolvimento a 8.192 GPUs

A NVIDIA afirmou que, como os requisitos de memória crescem exponencialmente com o número de qubits, as simulações em grande escala estão além do alcance dos sistemas de computação convencionais. Um sistema NVIDIA GB200 NVL72 no NVIDIA Accelerated Quantum Research Center serviu como plataforma de desenvolvimento do projeto JUPITER, permitindo que os pesquisadores ampliassem os testes de quatro GPUs para centenas antes de passar para 8.192 GPUs no JUPITER, construído pela Bull. A equipe usou o centro para aprimorar os métodos de simulação, comparar os resultados com os do JUPITER e estudar como a precisão aumentava com recursos computacionais adicionais — um trabalho que, segundo a NVIDIA, reduziu de semanas para dias uma simulação que levaria várias semanas.

A publicação técnica descreve a engenharia por trás da execução. O simulador reorganiza as operações preservando suas dependências e as estatísticas de medição, além de reutilizar o armazenamento à medida que os qubits são medidos e liberados. Ele agrupa sistemas de três níveis em uma representação binária que pode ser executada pela biblioteca cuStateVec do cuQuantum: cinco sistemas de três níveis têm 243 estados de base e cabem em oito bits de armazenamento binário, que comportam 256 entradas. Na configuração com 8.192 GPUs, um registrador codificado de 45 bits representa aproximadamente 35,2 trilhões de amplitudes complexas; em precisão dupla, somente o estado ocupa 512 TiB de memória distribuída das GPUs, ou 64 GiB por GPU.

As simulações foram executadas com o software NVIDIA cuQuantum e a camada lógica tolerante a falhas da plataforma CUDA-Q, usada para expressar o circuito de estados mágicos. O projeto também desenvolveu ferramentas de fatoração distribuída com NVIDIA cuBLASMp e cuSOLVERMp, que examinam partições selecionadas do estado armazenado para investigar quanta informação uma representação mais compacta precisa conservar. Isso abre caminho para testar métodos de simulação aproximada em comparação com uma referência detalhada de vetor de estado.

Em casos de validação de circuitos compactados de pequena escala no centro de pesquisa, cálculos independentes por vetor de estado e por rede de tensores concordaram quanto às probabilidades de medição com precisão de aproximadamente 10⁻¹³, segundo a equipe, quando o limite de truncamento da rede de tensores foi reduzido. Execuções menores servem de referência para estimar as necessidades de GPUs e os orçamentos de horas de GPU antes de reservar tempo de supercomputação. A equipe afirmou que a mesma abordagem pode apoiar estudos futuros com diferentes modelos de vazamento, cronogramas de circuitos e protocolos de correção de erros, cada um validado em escala viável antes de ser ampliado para configurações maiores.