NVIDIA моделює на JUPITER рекордний відмовостійкий протокол із 104 кубітами

19 жовтня 2026 року NVIDIA оголосила про квантове обчислювальне моделювання, яке назвала рекордним. Його виконали на JUPITER — першому в Європі суперкомп’ютері екзафлопсного класу: обчислення зі 104 кубітами запустили на 8,192 графічних процесорах NVIDIA GH200 у Jülich Supercomputing Centre. Модель відтворює, як реалістичний квантовий процесор виконує відмовостійкі обчислення.

Що, за словами NVIDIA, підтверджує це обчислення

NVIDIA називає моделювання зі 104 кубітами наймасштабнішим комплексним моделюванням відмовостійкого квантового процесора на сьогодні й зазначає, що жодне попереднє моделювання не відтворювало роботу квантових процесорів із такою повнотою. За даними компанії, це обчислення підтверджує ефективність вирощування магічних станів — підходу до відмовостійких квантових обчислень, для якого потрібно на 90% менше фізичних кубітів, ніж для попередніх методів. NVIDIA заявила, що моделювання з такою точністю дає дослідникам дані, потрібні для прогнозування продуктивності майбутніх конструкцій ще до їхнього створення, зменшуючи залежність від експериментів методом спроб і помилок на апаратному забезпеченні. Компанія також вказала на очікуване застосування цієї технології у відкритті ліків, фінансовому моделюванні та матеріалознавстві.

«Для практично корисних квантових обчислень знадобляться надзвичайно складні відмовостійкі системи — і розуміння того, як вони працюють у великому масштабі, є необхідною умовою їх створення», — сказав Дженсен Хуанг, засновник і генеральний директор NVIDIA, у оголошенні компанії. За словами Хуанга, результати Jülich демонструють, що квантові процесори й графічні суперкомп’ютери можуть спільно виконувати дослідження, які інакше були б недосяжними.

Крістель Міхілсен, директорка Jülich Supercomputing Centre при Forschungszentrum Jülich, сказала, що інвестиції Європи в JUPITER дають дослідникам змогу вивчати питання, які раніше були недосяжними, а співпраця з NVIDIA переносить ці можливості у сферу квантових обчислень. За її словами, ця робота допомагає науковцям ухвалювати більш обґрунтовані рішення щодо конструкцій, які мають найбільші шанси забезпечити практичне застосування.

Магічні стани, коди та реалістична модель шуму

Кубіти працюють на межі можливостей фізики, а взаємодії, необхідні для керування ними, спричиняють неминучий шум, який призводить до помилок, пояснює оголошення NVIDIA. Обчислення за наявності такого шуму — відомі як відмовостійкі квантові обчислення — потребують магічних станів, тобто певної конфігурації кубітів, яку постійно витрачають під час відмовостійких обчислень. Оскільки відмовостійкі машини мають знову й знову створювати магічні стани, будь-яка оптимізація способу їх отримання значно спрощує створення практично корисного квантового комп’ютера.

У технічній публікації команди CUDA-Q компанії NVIDIA пояснюється, чому такі моделювання складно виконувати. Багато операцій, які застосовують для корекції квантових помилок, є операціями Кліффорда: за належних припущень щодо шуму їх можна ефективно моделювати. Однак для універсальних квантових обчислень потрібна принаймні одна додаткова нетривіальна операція, а магічні стани забезпечують саме необхідний для неї компонент. У межах змодельованого протоколу стан готують у невеликому коді корекції помилок, перевіряють на наявність збоїв, а потім збільшують відстань коду: спочатку використовують кольоровий код із відстанню 3, далі — нещодавно розроблені вимірювання з прапорцями для виявлення небезпечних збоїв, а потім переходять до конфігурації з гібридного кольорового й поверхневого кодів із відстанню 7, перш ніж виконати наступні раунди корекції помилок і зчитування. До підрахованих 104 кубітів входять кубіти даних і допоміжні кубіти, використані на всіх етапах цієї послідовності.

Згідно з технічною публікацією, модель, виконана на JUPITER, враховує когерентні фазові похибки, які можуть накопичуватися та взаємодіяти між собою, а також витікання — явище, за якого надпровідний кубіт виходить за межі двох звичних обчислювальних рівнів. Для вибраних фізичних ділянок моделюють третій енергетичний рівень, що значно ускладнює моделювання. Ці механізми дають дослідникам змогу вивчати поведінку системи не лише в моделі випадкових переворотів бітів і фаз, водночас зберігаючи фактичні некліффордові операції, що готують магічний стан.

Ця робота відрізняється від попереднього дослідження Jülich, у якому моделювали 50 кубітів за ідеальних умов, без шуму. Forschungszentrum Jülich оголосив 11 листопада 2025 року, що команда Jülich разом з експертами NVIDIA повністю змоделювала на JUPITER універсальний квантовий комп’ютер із 50 кубітами. Його відкрили у Forschungszentrum Jülich у вересні 2025 року; це перевершило рекорд у 48 кубітів, встановлений дослідниками Jülich у 2019 році на японському комп’ютері K. В оголошенні зазначалося, що кожен додатковий кубіт подвоює потреби в обчислювальних ресурсах і пам’яті, а для моделювання 50 кубітів потрібно близько 2 петабайтів пам’яті.

Від кластера для розробки до 8,192 графічних процесорів

NVIDIA заявила, що через експоненційне зростання потреб у пам’яті зі збільшенням кількості кубітів масштабні моделювання недоступні для звичайних обчислювальних систем. Система NVIDIA GB200 NVL72 у NVIDIA Accelerated Quantum Research Center слугувала платформою для розробки проєкту JUPITER і дала дослідникам змогу поступово збільшити масштаб тестів — від чотирьох графічних процесорів до сотень, а потім перейти до 8,192 графічних процесорів на JUPITER, збудованому компанією Bull. Команда використовувала цей центр, щоб удосконалювати методи моделювання, порівнювати результати з JUPITER і вивчати, як точність змінюється зі збільшенням обчислювальних ресурсів. За словами NVIDIA, завдяки цій роботі моделювання, яке тривало б тижнями, вдалося скоротити до кількох днів.

У технічному дописі описано інженерні рішення, що лежать в основі цього запуску. Симулятор змінює порядок операцій, зберігаючи їхні залежності та статистичні характеристики вимірювань, а також повторно використовує пам’ять у міру вимірювання та вивільнення кубітів. Він пакує групи трирівневих систем у двійкове представлення, з яким може працювати бібліотека cuQuantum cuStateVec: п’ять трирівневих систем мають 243 базові стани й уміщуються у вісім бітів двійкової пам’яті, що забезпечують 256 комірок. У конфігурації з 8 192 графічними процесорами 45-бітний кодований регістр представляє приблизно 35,2 трильйона комплексних амплітуд, а в подвійному форматі точності лише сам стан займає 512 TiB розподіленої пам’яті графічних процесорів, або 64 GiB на один графічний процесор.

Для симуляцій використовували програмне забезпечення NVIDIA cuQuantum і логічний рівень із підтримкою відмовостійкості платформи CUDA-Q, щоб задати схему з магічними станами. У межах проєкту також розробили засоби розподіленої факторизації на базі NVIDIA cuBLASMp і cuSOLVERMp. Вони аналізують вибрані фрагменти збереженого стану, щоб з’ясувати, який обсяг інформації потрібно зберегти в компактнішому представленні. Це дає змогу перевіряти методи наближеної симуляції, порівнюючи їх із докладним еталонним вектором стану.

За повідомленням команди, у невеликих тестах із перевірки упакованих схем у дослідницькому центрі незалежні розрахунки векторів стану та тензорних мереж давали ймовірності вимірювань, що збігалися з точністю приблизно до 10⁻¹³, коли поріг усічення тензорної мережі знижували. Невеликі запуски слугують орієнтиром для оцінювання потреби в графічних процесорах і бюджету GPU-годин, перш ніж виділяти час на суперкомп’ютері. Команда також зазначила, що такий підхід можна застосовувати в майбутніх дослідженнях із різними моделями витоку, графіками виконання схем і протоколами корекції помилок; кожен із них спершу можна перевірити в доступному масштабі, а потім розширити до більших конфігурацій.