NVIDIA(NVDA)株は月曜日、欧州での量子コンピューティング・シミュレーションの重要なマイルストーンが報じられたことを受けて1.54%上昇し、217.43ドルとなりました。取引中には株価が3.30ドル上昇したものの、時間外の売りにより序盤の上昇分は一部失われました。発表の中心となったのは、耐障害性量子コンピューティングの改善を目的とした104量子ビットのテストです。

JUPITER上での記録的な104量子ビット・シミュレーション

NVIDIAの研究者らは、ドイツのユーリッヒ・スーパーコンピューティング・センターにある欧州初のエクサスケール・スーパーコンピュータ「JUPITER」——毎秒100京回以上の計算が可能なクラスのマシン——上でシミュレーションを実行しました。プロジェクトではNVIDIA GH200プロセッサを使用し、現実的なハードウェアノイズ下で複雑な量子動作をモデル化しました。NVIDIAによると、この研究は耐障害性量子プロセッサのシミュレーションとして史上最大かつ包括的なものです。

この種のシミュレーションは実用上の空白を埋めるものです。この規模の耐障害性量子マシンはまだ実現していないため、古典スーパーコンピュータにより、研究者は物理ハードウェアに着手する前にプロセッサ設計を検証できます。

研究者らが検証した「マジック状態育成」であり、量子システムが信頼性の高い計算を実行するのを支援する手法です。量子コンピュータは、処理中に量子ビットがノイズの影響を受けるため誤りが発生しやすく、耐障害性とは、そうした誤りがあっても正確な結果を出し続けるマシンの能力を指します。そのため科学者には、過剰なハードウェアを必要とせずに誤りを抑制する技術が求められます。

ユーリッヒでの先行研究は、ノイズのない理想的な条件下で50量子ビットをモデル化したものでした。今回の新プロジェクトはその研究を発展させ、より現実的な環境で104量子ビットを検証することで、提案されている量子マシンが制御されたシミュレーション以外の環境でどのように性能を発揮するかを研究者が評価できるようにしました。

育成手法はより少ないハードウェア要件を目指す

NVIDIAは、この育成アプローチにより、従来の手法と比べて必要な量子ビット数を90%削減できる可能性があると説明しました。実用的な量子コンピュータは処理誤りの訂正に多大なリソースを必要とするため、この削減は重要です。ハードウェア要件の低減は、将来の設計を簡素化し、スケーリングのコストを抑える可能性があります。

マジック状態は、通常の誤り訂正手法だけでは実行できない計算を支えます。しかし、量子プロセッサは耐障害性動作の中でこれらの状態を絶えず消費するため、研究者はより高速かつ効率的な生成手法を研究しています。

チームはノイズが育成に与える影響をテストし、将来の改良を評価する方法を特定しました。この知見は、開発者が物理プロトタイプにリソースを投入する前——シミュレーションを超えた条件下で、予測された量子ビット削減効果が初めて試される段階——の指針となり得ます。このテスト手法は、創薬、金融モデリング、先端材料の研究にも活用されます。

NVIDIAがGPUシミュレーション能力を拡大

チームはまず、NVIDIAのAccelerated Quantum Research CenterにあるGB200 NVL72システムを用いて手法を開発しました。研究者らはテストを4基のGPUから数百基へと拡大し、その後JUPITERに移行して最終的に8,192基のGPUで大規模シミュレーションを実行しました。

この段階的な進展により、チームは精度を検証し、各計算環境全体の性能を比較することができ。また、従来数週間を要していた作業が数日で完了するまで短縮され、JUPITERの大幅に大きな計算リソースに向けたソフトウェアの準備も進みました。

NVIDIAは、システム全体のシミュレーション性能を向上させるために自社のcuQuantumソフトウェアを使用しました。また、CUDA-Qプラットフォームは耐障害性量子回路を記述するためのツールを提供しました。両プラットフォームは、エンジニアがより大規模な物理プロセッサを構築する前に、従来型のGPUスーパーコンピュータが量子研究を支援できることを実証しました。これは、そうしたハードウェアが研究段階にある間、NVIDIAの既存のGPUおよびソフトウェア製品が量子開発に貢献できることを示すものです。

本記事は元々Blockonomiで公開されたものです。