Evropský superpočítač JUQCS-50 překonal světový rekord, když jako první na světě plně nasimuloval 50qubitový kvantový počítač. Tento průlom ukazuje, jak daleko se klasická výpočetní technika posunula – a jak zásadní roli bude hrát v budoucím vývoji kvantových technologií.
První evropský superpočítač exascale právě překonal světový rekord v oblasti kvantových výpočtů, když poprvé simuloval plně 50qubitový univerzální kvantový počítač. Tento výkon posouvá klasické výpočty na jejich fyzikální hranice a představuje milník ve vývoji algoritmů dlouho před příchodem vyspělých kvantových strojů. Průlomový objev je dílem vědců z Jülich Supercomputing Center (JSC) ve spolupráci se specialisty ze společnosti NVIDIA. Překonává předchozí rekord 48 qubitů, který rovněž stanovilo JSC, a demonstruje obrovské možnosti nového systému JUPITER, který byl slavnostně uveden do provozu v září.
Kvantové počítačové simulace slouží jako testovací základna pro budoucí kvantové technologie a umožňují vědcům zkoumat metody molekulárního modelování, jako je například variativní kvantový řešič vlastních čísel (VQE), a optimalizační přístupy, jako je například kvantový přibližný optimalizační algoritmus (QAOA), dlouho předtím, než je budou moci spolehlivě provozovat kvantové procesory.
Simulovat kvantové obvody na klasických strojích je však nesmírně obtížné. Každý další qubit zdvojnásobuje paměťové a výpočetní nároky, což vede k exponenciálnímu růstu, který rychle přesahuje kapacitu i toho nejmodernějšího hardwaru.
Kvantové počítače se od klasických počítačů zásadně liší zpracováním informací. Konvenční počítače používají binární bity, které mají buď hodnotu 0, nebo 1, zatímco kvantové počítače používají kvantové bity neboli kubity, které mohou existovat ve více stavech současně díky principům superpozice a provázanosti. Tato schopnost zpracovávat více možností najednou jim propůjčuje neuvěřitelnou rychlost a výpočetní výkon.
Zatímco klasické počítače například provádějí úlohy sekvenčně, kvantové počítače mohou provádět mnoho výpočtů paralelně. Díky tomu mají kvantové systémy potenciál řešit určité problémy mnohem rychleji než klasické počítače.
Jednou z nejvýznamnějších výhod kvantových superpočítačů je jejich schopnost zpracovávat exponenciálně více informací. U některých typů problémů by kvantový počítač teoreticky mohl řádově překonat nejrychlejší klasické superpočítače: to, co kvantovému počítači trvá méně než 10 minut, by dnes nejrychlejšímu superpočítači trvalo 5 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 let.
„V současnosti takovou kapacitu nabízejí pouze největší superpočítače na světě,“ vysvětluje Kristel Michielsen, autor studie publikované v Arxivu. Tato případová studie ilustruje úzkou provázanost, která dnes existuje mezi pokrokem v oblasti vysoce výkonných počítačů a kvantového výzkumu.
V kvantovém počítači JUQCS-50 ovlivňuje každé kvantové hradlo více než 2 kvadriliony komplexních čísel, a to vše synchronizovaně napříč tisíci výpočetními uzly. Takové měřítko prakticky znemožňovalo předchozí simulace.
Počítač JUQCS-50 využívá hybridní paměťovou architekturu superčipů NVIDIA GH200, která dočasně přenáší data z paměti GPU do paměti CPU s minimální ztrátou výkonu. Nová metoda komprese s kódováním bajtů zároveň osminásobně snižuje nároky na paměť, zatímco dynamický algoritmus během simulace průběžně optimalizuje přenos dat mezi více než 16 000 superčipy.
„S JUQCS-50 můžeme emulovat univerzální kvantové superpočítače s vysokou věrností a řešit problémy, které žádný současný kvantový procesor nedokáže vyřešit,“ dodává Hans De Raedt, spoluautor studie.
Očekává se, že JUQCS-50 bude sloužit jako výzkumný motor i jako referenční počítač pro superpočítače příští generace.