英伟达官宣新突破：8192 块 GPU 完成 104 量子比特容错量子计算模拟，物理比特需求锐减 90%

10 月 19 日，英伟达正式宣布一项量子计算领域的重要里程碑：其研究团队依托德国于利希超级计算中心（Jülich Supercomputing Centre）的欧洲首台百亿亿次级超级计算机 JUPITER（木星），成功完成了迄今为止规模最大、最全面的容错量子计算系统模拟。

此次模拟用了 8192 块英伟达 GH200 GPU，完整建模了一个包含 104 个量子比特的容错量子计算系统，并验证了“魔态培育”（Magic State Cultivation）这一关键技术。英伟达称，这是目前针对容错量子处理器进行的最大规模综合模拟，此前没有任何模拟能以如此详细的方式对量子处理器进行建模。

此前于利希团队曾在理想、无噪声条件下模拟了50 个量子比特。而本次模拟首次在接近真实硬件噪声的条件下展开，纳入了相干相位误差、泄漏（qubit 离开计算子空间）等实际物理效应，使结果更具参考价值。

容错量子计算的核心挑战之一，是量子比特极易受环境噪声干扰。要在噪声中实现可靠计算，需要持续消耗特殊的“魔态”（magic states）。传统“魔态蒸馏”方法往往要占用整机 90% 甚至更多的物理量子比特资源，成为实用化的巨大瓶颈。
本次验证的“魔态培育”技术采用了不同路径：先在较小的纠错码中制备并检查量子态，再逐步扩大到更大距离的编码（如从距离 3 的颜色码扩展到距离7的混合颜色-表面码），从而大幅压缩资源需求。英伟达表示，该方法所需的物理量子比特数量比此前方法减少约 90%。

这一优化并非直接等于整机成本降低 90%，但显著缓解了容错量子计算机在魔态制备环节的资源压力，为设计更紧凑、更高效的系统提供了新思路。

研究团队先在英伟达加速量子研究中心（NVAQC）的 GB200 NVL72 系统上进行开发与验证，将方法从 4 块 GPU 逐步扩展到数百块GPU，测试精度与计算资源的关系后，再迁移至JUPITER 的 8192 块 GPU 集群。这一分阶段流程将原本需要数周的模拟工作压缩至数天。

软件层面，团队使用了英伟达 cuQuantum 库进行高性能量子模拟加速，并依托 CUDA-Q 平台的容错逻辑层对量子电路进行建模与描述。

黄仁勋表示：“实用的量子计算需要极其复杂且容错性极强的系统，而了解这些系统在大规模运行下的运行方式对于构建它们至关重要。我们于利希的研究成果表明，量子处理器和 GPU 超级计算机如何协同工作，以应对原本难以企及的研究，从而加速变革性量子应用的发现。”

于利希超级计算中心主任也指出，欧洲对JUPITER 的投资让研究人员能够探索此前无法触及的问题，并帮助科学家筛选最有可能带来实用应用的设计方案。#英伟达官宣新突破#