NVIDIA смоделировала на JUPITER рекордный отказоустойчивый протокол на 104 кубитах

19 октября 2026 года NVIDIA объявила о том, что назвала рекордной симуляцией квантовых вычислений на JUPITER — первом в Европе экзафлопсном суперкомпьютере. В ходе запуска, задействовавшего 8 192 графических процессора NVIDIA GH200 в Jülich Supercomputing Centre, была выполнена симуляция на 104 кубитах, моделирующая работу реалистичного квантового процессора при отказоустойчивых вычислениях.

Что, по словам NVIDIA, подтверждает этот запуск

NVIDIA называет симуляцию на 104 кубитах крупнейшей на сегодняшний день комплексной симуляцией отказоустойчивого квантового процессора и отмечает, что ранее ни в одной симуляции квантовые процессоры не моделировались с такой полнотой. По данным компании, этот запуск подтверждает эффективность культивирования магических состояний — подхода к отказоустойчивым квантовым вычислениям, который требует на 90% меньше физических кубитов, чем прежние методы. NVIDIA заявила, что симуляции с такой точностью дают исследователям данные, необходимые для прогнозирования производительности будущих разработок ещё до их создания, снижая зависимость от проб и ошибок при работе с аппаратным обеспечением. Компания также указала на ожидаемое применение этих разработок в открытии лекарств, финансовом моделировании и материаловедении.

«Для практического применения квантовых вычислений потребуются невероятно сложные отказоустойчивые системы, и понимание их поведения в больших масштабах крайне важно для их создания», — заявил в объявлении компании Дженсен Хуанг, основатель и генеральный директор NVIDIA. По его словам, результаты Jülich показывают, что квантовые процессоры и суперкомпьютеры на базе графических процессоров могут вместе решать исследовательские задачи, которые иначе были бы недоступны.

Кристел Михильсен, директор Jülich Supercomputing Centre при Forschungszentrum Jülich, заявила, что благодаря инвестициям Европы в JUPITER исследователи могут изучать вопросы, которые прежде были за пределами их возможностей, а сотрудничество с NVIDIA распространяет эти возможности на область квантовых вычислений. По её словам, эта работа помогает учёным принимать более обоснованные решения о разработках, которые с наибольшей вероятностью приведут к созданию практически полезных приложений.

Магические состояния, коды и реалистичная модель шума

Кубиты работают на пределе физических возможностей, а взаимодействия, необходимые для управления ими, неизбежно создают шум, вызывающий ошибки, говорится в объявлении NVIDIA. Вычисления в присутствии такого шума — так называемые отказоустойчивые квантовые вычисления — требуют магических состояний: особой конфигурации кубитов, которая постоянно расходуется в ходе отказоустойчивых вычислений. Поскольку отказоустойчивые машины должны многократно создавать магические состояния, любая оптимизация этого процесса существенно упрощает создание практически полезного квантового компьютера.

В технической публикации команды CUDA-Q компании NVIDIA объясняется, почему такие симуляции сложны. Многие операции, применяемые для коррекции квантовых ошибок, — это операции Клифордова типа; при подходящих предположениях о шуме их можно эффективно моделировать. Однако для универсальных квантовых вычислений требуется как минимум ещё одна нетривиальная операция, которую и обеспечивают магические состояния. В рамках симулируемого протокола состояние подготавливается в небольшом коде коррекции ошибок, проверяется на наличие ошибок, а затем код увеличивается до большего расстояния: сначала используется код цвета с расстоянием 3, затем для обнаружения опасных ошибок применяются недавно разработанные флаговые измерения, после чего система переходит к гибридной конфигурации кода цвета и поверхностного кода с расстоянием 7, а затем выполняются дополнительные раунды коррекции ошибок и считывание. В число 104 кубитов входят информационные и вспомогательные кубиты, используемые на всех этапах этой последовательности.

Согласно технической публикации, модель, запущенная на JUPITER, учитывает когерентные фазовые ошибки, которые могут накапливаться и интерферировать, а также утечку — ситуацию, когда сверхпроводящий кубит покидает обычные два вычислительных уровня. Для отдельных физических узлов модели задаётся третий энергетический уровень, что значительно усложняет симуляцию. Благодаря учёту этих механизмов исследователи могут изучать поведение системы за пределами модели случайных битовых и фазовых инверсий, сохраняя при этом реальные неклифордовы операции, которые подготавливают магическое состояние.

Эта работа отличается от более раннего исследования Jülich, в котором моделировались 50 кубитов в идеальных условиях без шума. 11 ноября 2025 года Forschungszentrum Jülich сообщило, что команда Jülich совместно со специалистами NVIDIA полностью смоделировала на JUPITER универсальный квантовый компьютер на 50 кубитах. JUPITER был введён в эксплуатацию в Forschungszentrum Jülich в сентябре 2025 года. Результат превзошёл рекорд в 48 кубитов, установленный исследователями Jülich в 2019 году на японском компьютере K. В сообщении отмечалось, что каждый дополнительный кубит удваивает потребности в вычислительных ресурсах и памяти, поэтому для симуляции 50 кубитов требуется около 2 петабайт памяти.

От вычислительного кластера для разработки до 8 192 графических процессоров

По словам NVIDIA, из-за экспоненциального роста требований к памяти с увеличением числа кубитов крупномасштабные симуляции недоступны для обычных вычислительных систем. В качестве платформы для разработки проекта на JUPITER использовалась система NVIDIA GB200 NVL72 в NVIDIA Accelerated Quantum Research Center. Она позволила исследователям масштабировать тесты от четырёх графических процессоров до нескольких сотен, прежде чем перейти к 8 192 графическим процессорам на JUPITER, построенном компанией Bull. Команда использовала центр для совершенствования методов симуляции, сравнения результатов с JUPITER и изучения того, как точность повышается при увеличении вычислительных ресурсов. По словам NVIDIA, благодаря этой работе многонедельную симуляцию удалось сократить до нескольких дней.

В технической публикации описана инженерная работа, лежащая в основе этого запуска. Симулятор реорганизует операции, сохраняя зависимости между ними и статистику измерений, а также повторно использует память по мере измерения и высвобождения кубитов. Он упаковывает группы трёхуровневых систем в двоичное представление, которое может обрабатывать библиотека cuStateVec из cuQuantum: пять трёхуровневых систем имеют 243 базисных состояния и помещаются в восемь бит двоичной памяти, в которых можно хранить 256 значений. В конфигурации с 8 192 GPU 45-битный кодированный регистр представляет около 35,2 триллиона комплексных амплитуд, а в формате двойной точности одно только состояние занимает 512 ТиБ распределённой памяти GPU, то есть по 64 ГиБ на GPU.

Симуляции выполнялись с помощью ПО NVIDIA cuQuantum и отказоустойчивого логического слоя платформы CUDA-Q, который использовался для описания схемы с магическими состояниями. В рамках проекта также разработали инструменты распределённой факторизации на базе NVIDIA cuBLASMp и cuSOLVERMp. Они исследуют выбранные части сохранённого состояния, чтобы определить, какой объём информации необходимо сохранить в более компактном представлении. Это позволяет проверять методы приближённого моделирования, сравнивая их с подробным эталонным вектором состояния.

По словам команды, в ходе проверочных испытаний небольших упакованных схем в исследовательском центре независимые вычисления с помощью векторов состояния и тензорных сетей дали совпадающие вероятности измерений с точностью примерно до 10⁻¹³, когда порог усечения тензорной сети был ужесточён. Небольшие запуски служат ориентиром для оценки потребности в GPU и бюджета GPU-часов до выделения времени на суперкомпьютере. Команда также сообщила, что тот же подход можно применять в будущих исследованиях с другими моделями утечки, расписаниями схем и протоколами коррекции ошибок: каждый вариант сначала проверяется в доступном масштабе, а затем переносится на более крупные конфигурации.