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据《金融时报》报道，当地时间10月19日，英伟达在官网发布新闻稿，宣布在量子计算领域取得重大突破。
根据英伟达官方披露的信息，研究人员利用欧洲最大的超级计算机JUPITER，完成了一项创纪录的容错量子计算模拟。JUPITER部署于德国于利希超级计算中心。
更值得关注的是，英伟达在新闻稿中明确指出，此次104量子比特模拟，是迄今规模最大的容错量子计算系统综合模拟。此前尚无任何模拟能够以如此全面的细节，对量子处理器进行建模。
模拟验证了一种可将物理量子比特需求减少90%的量子计算方法。与此前的方法相比，该技术能够显著降低实现实用量子计算所需的硬件资源，加速量子计算在药物研发、金融建模和材料科学等领域的应用进程。
JUPITER模拟为量子计算行业提供了有关噪声影响的重要研究依据。研究人员能够在实际制造量子硬件之前，优化设计方案，从而有望将实用量子计算机的研发周期缩短数年。
英伟达创始人兼首席执行官黄仁勋在新闻稿中表示：“要实现真正实用的量子计算，就必须构建极其复杂的容错系统，而理解这些系统在大规模运行时的行为，是成功构建它们的关键。”
黄仁勋进一步指出：“我们在于利希取得的研究成果表明，量子处理器与GPU超级计算机可以协同工作，共同解决原本难以企及的研究难题，从而加速具有变革性意义的量子计算应用的发现。”
这项突破究竟意味着什么？
首先，我们需要了解三个关键概念：量子比特、容错量子计算和魔态培育。
我们平时使用的电脑，依靠“比特”处理信息，每个比特只能表示0或1。而量子计算机使用的是“量子比特”，它可以处于0和1的量子叠加状态，还能利用量子纠缠等特性进行计算。这些特性让量子计算机在某些特定问题上具有独特优势。
但量子比特十分脆弱，容易受到外界环境干扰，导致计算出错。为了保证结果可靠，科学家需要利用量子纠错技术发现并纠正错误，让量子计算机即使受到一定干扰，也能尽可能准确地完成计算。这就是实现“容错量子计算”的关键。
难点在于，纠错通常需要额外的量子比特来协助检查和纠正错误，这意味着要让量子计算机可靠运行，往往需要投入更多硬件资源。
英伟达此次研究的重点，是一种名为“魔态培育”（Magic State Cultivation）的技术。那么，什么是“魔态”？
简单来说，量子计算机要执行某些复杂运算，除了需要普通的量子计算操作，还需要一种特殊的量子资源，称为“魔态”。但这种资源的制备过程容易受到噪声干扰，需要额外的纠错处理。
“魔态培育”就是一种制备这种特殊量子资源的方法，目标是在控制错误的同时，减少制备过程所需的硬件资源。
英伟达研究人员利用超算模拟了真实硬件噪声条件下的魔态培育过程，验证了这种方法的表现。根据英伟达的说法，与此前的方法相比，该方法所需的物理量子比特数量减少了90%。这为降低特定量子计算环节的硬件需求提供了新的思路。
另外，此次研究的另一个亮点，是模拟规模创下了新纪录。研究人员利用欧洲超算JUPITER上的8192块GPU，对104量子比特规模的容错量子计算系统进行了综合模拟。
为什么要进行这样的模拟？
简单来说，就像汽车在正式投入生产之前，可以先通过计算机模拟测试设计方案一样，研究人员也可以借助超级计算机，提前研究量子计算系统在运行过程中可能遇到的问题，并在制造硬件之前优化设计，减少反复试验的时间和成本。
当然，英伟达此次突破并不意味着实用量子计算机已经诞生。
量子计算要真正走向大规模应用，仍然面临硬件稳定性、纠错能力和系统扩展等诸多挑战。英伟达此次取得的，是量子计算模拟和特定纠错方法研究方面的重要进展，而不是已经实现了量子计算的全面商业化。
但这项突破至少展示了一种新的可能：借助更强大的GPU计算能力，科学家可以在制造量子硬件之前，对复杂的量子计算系统进行更全面的模拟和验证，从而为后续研发提供参考。
对于英伟达而言，此次突破也是一个积极信号。从人工智能、超级计算，到自动驾驶、机器人，再到量子计算，英伟达正在不断拓展GPU的应用边界，探索更多前沿科技领域的可能性。
SFC
来源丨金融时报
编辑丨朱芷葵 江佩霞
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