NVIDIA anunció una simulación de computación cuántica de récord en JUPITER, el primer superordenador exaescala de Europa, informó Engineering.com. Permite a los investigadores explorar y validar a fondo el cultivo de estados mágicos (magic state cultivation), uno de los enfoques principales para la computación cuántica tolerante a fallos, que requiere 90% menos cúbits que los métodos anteriores.
La simulación de 104 cúbits corrió en un sistema con superchips NVIDIA GH200 del Centro de Supercomputación de Jülich. Según NVIDIA, es la simulación completa más grande hecha hasta ahora de un procesador cuántico tolerante a fallos, y modela cómo un procesador cuántico realista ejecuta cómputo tolerante a fallos a una escala sin precedentes.
Con ese nivel de fidelidad, los investigadores obtienen datos y herramientas para predecir el rendimiento de diseños futuros antes de construirlos. Eso reduce la dependencia del ensayo y error en hardware y acerca las aplicaciones cuánticas útiles en campos como el descubrimiento de fármacos, el modelamiento financiero y la ciencia de materiales.
¿Qué son los estados mágicos y por qué importan?
Los cúbits operan en los límites de la física, y las interacciones necesarias para controlarlos introducen ruido inevitable que genera errores. Computar en presencia de ese ruido, lo que se conoce como computación cuántica tolerante a fallos, exige usar estados mágicos. Son una disposición específica de cúbits que se consume de forma continua durante un cálculo tolerante a fallos.
Los computadores cuánticos tolerantes a fallos dependen de producir estados mágicos una y otra vez. Por eso cualquier optimización en la forma de fabricarlos reduce mucho la dificultad de construir un computador cuántico útil.
Al simular ese proceso con ruido realista, los investigadores de NVIDIA validaron un método de cultivo de estados mágicos de última generación, y les dieron a otros equipos las herramientas para desarrollar y probar mejoras futuras.
Una investigación anterior de Jülich había simulado 50 cúbits en condiciones ideales, sin ruido. Este trabajo simula el cultivo de estados mágicos con el ruido de un hardware real, lo que ayuda a entender el efecto de los errores.
De la etapa de desarrollo a la simulación exaescala
Simular el cultivo de estados mágicos ayuda a evaluar y mejorar diseños antes de fabricar el hardware cuántico. El problema es que la memoria necesaria puede crecer de forma exponencial con el número de cúbits, y eso deja las simulaciones grandes fuera del alcance de los sistemas de cómputo convencionales.
Un sistema NVIDIA GB200 NVL72 del Centro de Investigación Cuántica Acelerada de NVIDIA (NVAQC) sirvió de plataforma de desarrollo para el proyecto. Ahí los investigadores escalaron las pruebas de cuatro GPU a cientos antes de pasar a 8.192 GPU en JUPITER.
Los investigadores usaron el centro para acelerar el desarrollo y las pruebas de sus métodos de simulación, comparar resultados con JUPITER y estudiar cómo escalaba la precisión con más recursos de cómputo. Ese trabajo redujo una simulación que tomaba semanas a unos días, y preparó al equipo para aprovechar la capacidad exaescala de JUPITER.
Según NVIDIA, el proyecto muestra que la simulación será cada vez más importante y compleja a medida que crezcan los sistemas cuánticos. También muestra para qué sirven los clusters de cómputo acelerado como el del NVAQC, donde los investigadores desarrollan y validan sus métodos antes de usar los superordenadores de primer nivel para los cálculos más exigentes.
¿Con qué software se hizo?
Las simulaciones usaron el software NVIDIA cuQuantum para lograr rendimiento y escala optimizados, junto con la capa lógica tolerante a fallos de la plataforma NVIDIA CUDA-Q, que se usó para expresar el circuito de estados mágicos.
