Ennätys: 50-kubittinen kvanttitietokone simuloituna supertietokoneella

Jülichin supertietokonekeskuksen tutkimusryhmä on yhdessä NVIDIAn asiantuntijoiden kanssa tehnyt uuden simulaatioennätyksen: He ovat ensimmäistä kertaa onnistuneet simuloimaan täysin 50 kubittisen universaalin kvanttitietokoneen käyttäytymistä klassisella supertietokoneella.

Tähän erityisen laskennallisesti intensiiviseen tehtävään käytettiin Euroopan ensimmäistä eksaskaalan supertietokonetta, JUPITERia, joka vihittiin käyttöön Jülichin tutkimuskeskuksessa syyskuussa.

Tämä saavutus ylittää Jülichin tutkijoiden vuonna 2019 japanilaisella K-tietokoneella tekemän aiemman 48 kubitin maailmanennätyksen.

Kvanttitietokonesimulaatiot ovat välttämätön työkalu tulevaisuuden järjestelmien kehittämisessä. Ne mahdollistavat kokeellisten kvanttitietokoneiden tulosten varmentamisen ja uusien kvanttialgoritmien testaamisen jo ennen kuin tehokkaita kvanttitietokoneita on todella saatavilla.

Kvanttitietokoneen simulointi klassisella tietokoneella on erittäin vaativaa laskennallisesti ja muistia kuluttavaa. Mahdollisten tilojen määrä kasvaa eksponentiaalisesti. Jokaisen lisäkvanttibitin eli kubitin myötä laskenta- ja muistivaatimukset kaksinkertaistuvat.

Tavallisella kannettavalla tietokoneella voidaan edelleen simuloida noin 30 kubittia. 50 kubittia vaatisi kuitenkin kaksi petatavua RAM-muistia – noin kaksi miljoonaa gigatavua. "Tällä hetkellä vain maailman suurimmat supertietokoneet tarjoavat niin paljon", selittää professori Kristel Michielsen, Jülichin supertietokonekeskuksen (JSC) johtaja."

Simulaatio toistaa täysin oikean kvanttitietokoneen monimutkaisen kvanttifysiikan. Jokainen laskennallinen vaihe – kuten kvanttiportin käyttöönotto – muuttaa yli kahta kvadriljoonaa kompleksista numeerista arvoa, "kakkosen" ja sen perässä olevan 15 nollan. Nämä arvot on synkronoitava tuhansien laskentayksiköiden välillä, jotta oikean kvanttiprosessorin toiminta voidaan toistaa tarkasti.

”JUQCS-50:n avulla voimme realistisesti simuloida universaaleja kvanttitietokoneita ja siten vastata kysymyksiin, joita mikään kvanttiprosessori ei pysty ratkaisemaan tänä päivänä”, sanoo Jülichin supertietokonekeskuksen professori Hans De Raedt.

Aiheesta aiemmin;

Kvanttiklassista yhteistoimintaa

Tutkijat realisoivat kvanttilaskennalla sertifioidun satunnaisuuden