JUPITER simula um computador quântico de 104 qubits com erros

Num supercomputador em Jülich, na Alemanha, o chip quântico não existe. O que existe é uma cópia dele, a correr em processadores clássicos, que comete os mesmos tipos de erros que um chip real cometeria. A NVIDIA indica que o JUPITER, o primeiro supercomputador exaescala da Europa, concluiu uma simulação de 104 qubits, as unidades básicas da informação quântica, com ruído de hardware realista. A empresa descreve-a como a maior simulação completa de um sistema de computação quântica tolerante a falhas até à data.

O alvo desta execução é uma etapa que as máquinas tolerantes a falhas não podem contornar: a produção de estados mágicos. Estes estados quânticos especiais são essenciais para cálculos complexos, mas produzi-los com taxas de erro suficientemente baixas continua a ser um grande desafio. Os métodos tradicionais exigem hardware pesado, e algumas estimativas sugerem que até 95 % dos qubits físicos de um computador quântico poderiam ser dedicados à produção destes estados, sobrando relativamente poucos para os próprios cálculos.

A diferença em relação ao trabalho anterior no JUPITER está no ruído. No ano passado, a máquina simulou um computador quântico universal completo de 50 qubits em condições ideais, sem ruído, superando o recorde de 48 qubits estabelecido por investigadores de Jülich em 2019 no computador K, do Japão. A nova simulação modela as perturbações que os processadores reais sofrem durante os cálculos. Isso torna-a um teste mais honesto: mostra se um método proposto continua a funcionar em condições práticas, e a NVIDIA afirma que a sua equipa a utilizou para validar uma abordagem avançada de cultivo de estados mágicos.

A abordagem é diferente da da Google. Dias antes do anúncio da NVIDIA, a Google indicou que o seu processador Willow alcançou uma redução de 40 vezes nos erros durante a preparação de estados quânticos especializados, desta vez num chip quântico real. Os dois esforços abordam problemas diferentes: as simulações permitem aos investigadores avaliar conceções antes de as testar em hardware físico, enquanto experiências como a da Google medem o que o hardware realmente faz.

O projeto foi construído por etapas. Os investigadores da NVIDIA desenvolveram primeiro os seus métodos num sistema GB200 NVL72 do Centro de Investigação Quântica Acelerada da empresa, escalando de quatro GPU para centenas, e depois executaram a simulação em 8 192 GPU no JUPITER. A equipa recorreu ao software cuQuantum da NVIDIA para otimizar o desempenho e à plataforma CUDA-Q para modelar o circuito tolerante a falhas. Segundo a NVIDIA, este trabalho reduziu o tempo de simulação de semanas para dias.

Para os investigadores, o ganho traduz-se em menos ciclos cegos de construção e teste de hardware. A NVIDIA afirma que simulações deste tipo podem ajudar a acelerar aplicações quânticas na descoberta de fármacos, na modelação financeira e na ciência dos materiais, mas a empresa não avança qualquer data para a existência de máquinas quânticas úteis, e a própria simulação não a fornece. Como afirmou Jensen Huang, «compreender como se comportam em escala é essencial para construí-los». O que está estabelecido é um banco de testes mais realista: uma máquina simulada que agora transporta os seus próprios erros.