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On a supercomputer in Jülich, Germany, the quantum chip does not exist. What exists is a copy of it, running on classical processors, that makes the same kinds of mistakes a real chip would make. NVIDIA reports that JUPITER, Europe's first exascale supercomputer, has completed a simulation of 104 qubits, the basic units of quantum information, with realistic hardware noise. NVIDIA describes it as the largest comprehensive simulation of a fault-tolerant quantum computing system to date.
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.
The target of the run is a step that fault-tolerant machines cannot skip: producing magic states. These special quantum states are essential for complex calculations, but making them with low enough error rates remains a major challenge. Traditional methods need heavy hardware, and some estimates suggest that up to 95 percent of a quantum computer's physical qubits could be dedicated to producing these states, leaving relatively few for the calculations themselves.
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.
The difference with the earlier JUPITER work is the noise. Last year the machine simulated a full 50-qubit universal quantum computer under ideal, noiseless conditions, beating the 48-qubit record set by Jülich researchers in 2019 on Japan's K computer. The new simulation models the disturbances real processors suffer during calculations. That makes it a more honest test: it shows whether a proposed method still works under practical conditions, and NVIDIA says its team used it to validate an advanced magic state cultivation approach.
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.
The approach is different from Google's. Days before NVIDIA's announcement, Google reported that its Willow processor achieved a 40-fold reduction in errors while preparing specialized quantum states, this time on an actual quantum chip. The two efforts address different problems: simulations let researchers evaluate designs before testing them on physical hardware, while experiments like Google's measure what the hardware really does.
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.
The project was built in stages. NVIDIA's researchers first developed their methods on a GB200 NVL72 system at the company's Accelerated Quantum Research Center, scaled from four GPUs to hundreds, then ran on 8,192 GPUs at JUPITER. The team relied on NVIDIA's cuQuantum software to optimize performance and on its CUDA-Q platform to model the fault-tolerant circuit. According to NVIDIA, this work cut simulation time from weeks to days.
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.
For researchers, the gain is fewer blind rounds of building and testing hardware. NVIDIA says such simulations could help accelerate quantum applications in drug discovery, financial modeling and materials science, but the company gives no date for when useful quantum machines will exist, and the simulation itself does not provide one. As Jensen Huang put it, "understanding how they behave at scale is essential to building them." What is established is a more realistic test bed: a simulated machine that now carries its own errors.
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.