104量子比特、8192块GPU：英伟达称“完成迄今最大规模容错量子计算模拟”

当地时间10月19日，英伟达（NVIDIA）对外宣布，该公司的研究人员与德国于利希超算中心（Jülich Supercomputing Centre）合作，在 JUPITER 超级计算机上完成了一项涉及 104 个物理量子比特的容错量子计算模拟。

JUPITER 是欧洲首台百亿亿次级（exascale）超级计算机，本次模拟使用了 8192 块英伟达 GH200 GPU。英伟达称，这是迄今规模最大的全面容错量子计算系统模拟，此前的模拟尚未以如此完整的细节对容错量子处理器进行建模。

这项工作的核心，是探索和验证“魔法态培育”（magic state cultivation）这一容错量子计算方法。量子比特在控制和操作过程中不可避免地会受到噪声影响，从而产生错误。容错量子计算需要借助量子纠错等技术，在存在噪声的情况下可靠地执行计算。魔法态是实现通用量子计算所需的关键资源之一，计算过程中需要反复制备并消耗魔法态。因此，提高魔法态制备的效率和可靠性，是降低实用量子计算机资源需求的重要方向。

英伟达表示，魔法态培育方法相较于此前方案可减少约90%的物理量子比特需求。此次模拟为研究人员评估该方法在存在硬件噪声时的表现提供了更详细的分析工具。此前，于利希方面曾在理想、无噪声条件下完成50量子比特模拟。

从工程实现看，英伟达加速量子研究中心（NVAQC）的一套GB200 NVL72系统承担了开发与测试平台的角色。研究团队先在4块GPU上开发和测试模拟方法，再逐步扩展至数百块GPU，最终在JUPITER上使用8192 GPU开展大规模模拟。英伟达称，这一开发过程帮助团队将一项原本需要数周的模拟工作缩短至数天。

英伟达认为，这种高保真模拟能力能够帮助研究人员在大规模量子硬件建成之前预测不同设计的性能，减少硬件试错，并加快实用量子计算机的研发进程。未来，这类研究有望为药物发现、金融建模和材料科学等领域的量子计算应用提供支持。