NVIDIA, Tarihin En Büyük 104-Qubit Kuantum Simülasyonunu JUPITER Üzerinde Gerçekleştirdi.

NVIDIA, Avrupa’nın ilk exascale süperbilgisayarı JUPITER’ın, araştırmacıların sihirli durum üretimini araştırıp doğrulamasına olanak tanıyan, rekor niteliğinde bir kuantum hesaplama simülasyonunu tamamladığını duyurdu.

NVIDIA’nın bugüne kadarki en büyük kapsamlı hata toleranslı kuantum hesaplama sistemi simülasyonu olarak tanımladığı 104-kubitlik simülasyon, Almanya’daki Jülich SüperBilgisayar Merkezi’nde NVIDIA GH200 GPU’ları üzerinde çalıştı.

Sihirli durumlar, hata toleranslı kuantum bilgisayarlarda karmaşık hesaplamaları gerçekleştirmek için gereklidir. Ancak, bunları yeterince düşük hata oranlarıyla üretmek hâlâ büyük bir zorluktur.

Geleneksel yöntemler önemli miktarda donanım kaynağı gerektirir; bazı tahminler, kuantum bilgisayarının fiziksel kubitlerinin %95’ine kadarının bu durumların üretimine ayrılabileceğini, hesaplamalar için nispeten az sayıda kubit bırakıldığını öne sürüyor.

NVIDIA’nın duyurusu, Google’ın Willow kuantum işlemcisinin özel kuantum durumlarını hazırlarken hataları 40 kat azalttığını açıklamasından birkaç gün sonra geldi.

NVIDIA’nın kuantum süreçlerini klasik süperbilgisayar donanımıyla simüle eden çalışmasının aksine, Google’ın deneyi gerçek bir kuantum işlemcisinde sihirli durumlar hazırlamayı içeriyordu. İki yaklaşım, hata toleranslı kuantum bilgisayarların geliştirilmesindeki farklı zorlukları ele alıyor; simülasyonlar araştırmacıların tasarımları fiziksel donanımda test etmeden önce değerlendirmelerine yardımcı oluyor.

Gerçek dünya kuantum hatalarının simülasyonu

Geçen yıl JUPITER, ideal, gürültüsüz koşullar altında tam bir 50-kubitlik evrensel kuantum bilgisayarı simüle ederek, 2019’da Jülich araştırmacılarının Japonya’daki K bilgisayarı üzerinde kurduğu önceki 48-kubitlik rekoru geride bıraktı.

Ancak en son 104-kubitlik simülasyon, gerçekçi donanım gürültüsünü hesaba katarak araştırmacıların hataların sihirli durum üretimini nasıl etkilediğini incelemesine olanak tanıyor.

İdeal simülasyonların kuantum işlemlerinin hatasız gerçekleştirilebileceğini varsaymasının aksine, yeni çalışma fiziksel kuantum işlemcilerinin hesaplamalar sırasında karşılaştığı bozulmaları modelliyor. Bu, önerilen yöntemlerin pratik koşullar altında güvenilir biçimde çalışıp çalışamayacağını değerlendirmek için daha gerçekçi bir yol sağlıyor.

8.192 GPU üzerinden ölçeklendirme

Yeni proje için NVIDIA araştırmacıları, yöntemlerini önce şirketin Hızlandırılmış Kuantum Araştırma Merkezi’ndeki bir GB200 NVL72 sisteminde geliştirdi ve test etti.

Dört GPU’dan yüzlerce GPU’ya ölçeklendikten sonra JUPITER üzerindeki 8.192 GPU’ya geçtiler. NVIDIA’ya göre, geliştirme çalışmaları simülasyon sürecini haftalardan günlere indirmeye yardımcı oldu.

Ekip, simülasyon performansını optimize etmek için NVIDIA’nın cuQuantum yazılımını ve hata toleranslı kuantum devresini modellemek için CUDA-Q platformunu kullandı.

Detaylı simülasyon, araştırmacılara fiziksel donanım inşa etmeden önce geleceğin kuantum hesaplama tasarımlarının nasıl performans gösterebileceğini tahmin etmelerine olanak tanıyabilir. Bu, tekrarlayan donanım testlerine olan ihtiyacı azaltabilir ve kuantum uygulamalarının ilaç keşfi, finansal modelleme ve malzeme bilimi alanındaki gelişimini hızlandırabilir.

“Yararlı kuantum hesaplama, son derece karmaşık ve hata toleranslı sistemler gerektirecek; bu sistemleri inşa edebilmek için büyük ölçekte nasıl davrandıklarını anlamak şart,” dedi NVIDIA CEO’su Jensen Huang. “Jülich’teki sonuçlarımız, kuantum işlemcilerin ve GPU süperbilgisayarlarının, aksi hâlde erişilemeyecek araştırmaları yürütmek için birlikte nasıl çalışabileceğini ve dönüştürücü kuantum uygulamalarının keşfini nasıl hızlandırabileceğini gösteriyor.”