NVIDIA și cercetători de la Jülich Supercomputing Centre au simulat pe supercalculatorul european JUPITER un protocol cuantic care cuprinde 104 qubiți fizici. Rezultatul, anunțat luni, 19 octombrie, a fost obținut cu 8.192 de acceleratoare grafice GH200. Calculul urmărește pregătirea unor stări cuantice necesare operațiilor protejate împotriva erorilor.
Compania descrie proiectul drept cea mai amplă simulare detaliată de acest tip realizată până acum. Este un model executat pe un supercalculator clasic: numărul de 104 desemnează qubiții din protocolul studiat, nu un nou procesor cuantic construit la Jülich. Experimentul include imperfecțiuni ale componentelor, pentru a urmări cum afectează acestea calculul.
Ce este pregătirea unei stări „magice”
Protocolul studiat aparține familiei numite „magic-state cultivation”. Aceste stări speciale constituie o resursă pentru efectuarea anumitor operații într-un calculator cuantic cu corecție a erorilor. Ele sunt pregătite, verificate și apoi utilizate în calcul. Lucrarea care a introdus metoda descrie creșterea treptată atât a dimensiunii, cât și a fiabilității unei asemenea stări.
Cercetarea de bază este semnată de Craig Gidney, Noah Shutty și Cody Jones, de la Google Quantum AI, și a fost depusă inițial pe arXiv în septembrie 2024. Autorii combină mai multe metode de simulare și analiză a erorilor. Comparațiile lor privesc resursele necesare pregătirii stărilor, exprimate prin numărul qubiților și durata folosirii lor.
În acea lucrare, reducerea resurselor este evaluată în raport cu metode anterioare și pentru modele de zgomot specificate. Rezultatele calculate se modifică atunci când intensitatea erorilor fizice este schimbată. Metoda de pregătire precedă astfel anunțul NVIDIA; noutatea prezentată acum este simularea sa detaliată, la scara descrisă, pe infrastructura JUPITER.
Erorile introduse în simularea actuală
Blogul tehnic al proiectului arată că modelul include erori coerente de fază și fenomenul de „leakage”. În ultimul caz, un qubit supraconductor părăsește cele două niveluri utilizate în mod obișnuit pentru calcul. Unele componente sunt reprezentate, în consecință, cu un al treilea nivel energetic. Această alegere mărește complexitatea modelului.
Secvența pornește de la un cod de corecție de distanță trei, include măsurători suplimentare pentru detectarea defectelor și ajunge la o configurație hibridă de distanță șapte. Cei 104 qubiți îi includ pe cei care păstrează datele și pe cei auxiliari folosiți pe parcursul protocolului, potrivit descrierii tehnice.
Descrierea proiectului separă operațiile din clasa Clifford de cele necesare suplimentar unui calcul cuantic universal. Primele pot fi simulate eficient în anumite condiții privind zgomotul. Pregătirea stărilor speciale implică însă operații din afara acestei clase, iar păstrarea comportamentului lor în model este una dintre dificultățile calculului executat.
Măsurătorile suplimentare au legătură cu o altă cercetare, depusă în septembrie 2026 de Tim Chan, Armands Strikis, Zhu Sun și Zhenyu Cai. Aceasta analizează o diferență între comportamentul stărilor de tip T și un protocol analog pentru stări de tip S, folosit ca substitut în unele simulări mai simple.
Autorii explică modul în care anumite erori se propagă prin circuit și pot produce un rezultat logic greșit care scapă verificărilor. Lucrarea propune măsurători de semnalizare pentru identificarea acelor defecte. Concluziile se referă la protocolul și modelul de zgomot analizate, nu la o rată universală a erorilor pentru orice calculator cuantic.
În configurația numerică raportată de această lucrare, la un nivel al zgomotului de o miime, îmbunătățirea evaluată este de 4,9 ori pentru eroarea logică din etapa analizată. Ea presupune însă de 1,36 ori mai multe încercări pentru fiecare rezultat acceptat. Studiul documentează astfel separat fiabilitatea și costul obținerii unei stări utilizabile.
Cum a fost folosită memoria supercalculatorului
Pentru simularea pe 8.192 de acceleratoare, echipa descrie un registru codificat de 45 de biți, cu aproximativ 35.200 de miliarde de amplitudini complexe. Reprezentarea în precizie dublă ocupă 512 tebibyți de memorie distribuită, respectiv 64 gibibyți pe accelerator. Simulatorul reutilizează spațiul pe măsură ce qubiții sunt măsurați și eliberați.
Dezvoltarea și verificările preliminare au fost făcute și la NVIDIA Accelerated Quantum Research Center, pe un sistem GB200 NVL72. Potrivit comunicatului companiei, testele au crescut de la patru acceleratoare la câteva sute, înaintea rulărilor ample de pe JUPITER. Au fost folosite pachetul cuQuantum și platforma CUDA-Q.
Comunicatul amintește și o cercetare anterioară de la Jülich, în care au fost simulați 50 de qubiți în condiții ideale, fără zgomot. Proiectul prezentat acum urmărește pregătirea stărilor în prezența erorilor hardware. Cele două descrieri privesc modele diferite, numărul qubiților fiind însoțit de condițiile concrete în care au fost reprezentați.
Infrastructura europeană pe care a rulat protocolul
JUPITER este operat de Jülich Supercomputing Centre, în cadrul Forschungszentrum Jülich, din Germania. Descrierea oficială a sistemului îl prezintă ca pe o infrastructură modulară, realizată prin colaborarea EuroHPC Joint Undertaking și Gauss Centre for Supercomputing. Modulul Booster, instalat în 2025, este orientat către calculele executate cu acceleratoare grafice.
Acest modul are 5.884 de noduri de calcul, fiecare cu patru supercipuri NVIDIA GH200 Grace-Hopper și patru conexiuni NDR InfiniBand. Configurația descrisă de centru însumează astfel 23.536 de acceleratoare GH200. Cele 8.192 folosite pentru protocolul raportat reprezintă o parte a acestui modul, nu întreaga capacitate instalată a supercalculatorului.
Verificările pe circuite mai mici
În testele pe circuite mici efectuate la centrul NVIDIA, calcule independente bazate pe vectori de stare și pe rețele tensoriale au produs probabilități de măsurare concordante la aproximativ 10 la puterea minus 13, când pragul de trunchiere al rețelei a fost înăsprit. Autorii raportează această comparație pentru cazurile mici de validare, separat de rularea protocolului cu 104 qubiți pe JUPITER.