NVIDIA ha annunciato l’esecuzione di una simulazione quantistica su 104 qubit utilizzando 8.192 GPU NVIDIA GH200 del supercomputer europeo JUPITER, installato presso il Jülich Supercomputing Centre in Germania. La sperimentazione ha riguardato il comportamento di un processore quantistico durante l’esecuzione di un protocollo di calcolo tollerante agli errori, con l’obiettivo di riprodurre non soltanto le operazioni logiche, ma anche le imperfezioni fisiche e i meccanismi di correzione necessari per ottenere risultati affidabili. NVIDIA descrive l’esperimento come la più estesa simulazione completa di un processore quantistico fault-tolerant realizzata fino a quel momento. Il risultato riguarda una simulazione classica di un sistema quantistico e non l’esecuzione del protocollo su un processore fisico da 104 qubit. La distinzione è rilevante perché l’esperimento utilizza una grande infrastruttura di calcolo convenzionale per studiare il comportamento previsto di futuri dispositivi quantistici, consentendo di analizzare architetture e procedure di controllo prima della loro realizzazione hardware.
L’attività si è concentrata sulla cosiddetta magic-state cultivation, una tecnica utilizzata per preparare particolari stati quantistici necessari all’esecuzione di operazioni logiche universali in presenza di errori. Nei processori quantistici, infatti, l’interazione con l’ambiente e le operazioni di controllo possono introdurre disturbi che compromettono progressivamente l’informazione. Una parte delle operazioni impiegate nella correzione degli errori appartiene alla classe Clifford, simulabile in modo relativamente efficiente in determinate condizioni, mentre il calcolo quantistico universale richiede anche operazioni non-Clifford, per le quali gli stati magici costituiscono una risorsa fondamentale. Questi stati devono essere prodotti ripetutamente e vengono consumati durante l’elaborazione, rendendo la loro preparazione uno dei passaggi più onerosi nella progettazione di sistemi fault-tolerant. Secondo NVIDIA, la tecnica oggetto della simulazione potrebbe ridurre del 90% il numero di qubit fisici necessari rispetto ai metodi precedenti, con una diminuzione delle risorse hardware richieste per le future architetture.
Il protocollo simulato parte dalla preparazione di uno stato quantistico mediante un color code con distanza tre, una configurazione di correzione degli errori relativamente contenuta. Il sistema utilizza successivamente misurazioni di controllo, comprese tecniche basate su flag, per individuare determinate categorie di guasti potenzialmente dannosi. Lo stato viene quindi progressivamente esteso fino a una configurazione ibrida color code e surface code con distanza sette, seguita da ulteriori cicli di correzione e dalla lettura finale. I 104 qubit comprendono sia quelli dedicati ai dati sia i qubit ausiliari utilizzati nelle operazioni di preparazione, misurazione e controllo. Il modello include inoltre errori coerenti di fase, capaci di accumularsi e interferire tra loro, e fenomeni di leakage, nei quali un qubit superconduttivo abbandona i due livelli energetici normalmente utilizzati per rappresentare l’informazione. Per riprodurre questi effetti, in alcune posizioni fisiche sono stati modellati tre livelli energetici anziché due, aumentando significativamente la complessità computazionale rispetto alle simulazioni che considerano soltanto errori casuali di inversione di bit o di fase.
La realizzazione dell’esperimento ha richiesto una procedura di sviluppo progressiva. Il gruppo di ricerca ha utilizzato inizialmente un sistema NVIDIA GB200 NVL72 presso l’Accelerated Quantum Research Center, aumentando gradualmente la scala delle elaborazioni da quattro GPU fino a centinaia, prima di trasferire l’esecuzione sull’infrastruttura JUPITER costruita da Bull. La complessità delle simulazioni quantistiche è determinata anche dalla crescita esponenziale delle risorse di memoria necessarie all’aumentare dei qubit, poiché l’aggiunta di un singolo qubit può raddoppiare la dimensione dello spazio degli stati da rappresentare. La sperimentazione si distingue da un precedente risultato ottenuto a Jülich, relativo alla simulazione di un computer quantistico universale ideale da 50 qubit in condizioni prive di rumore, comunicato nel novembre 2025. Nel nuovo lavoro, l’attenzione si è spostata sulla riproduzione di un protocollo specifico e fisicamente più realistico, comprendente errori, misurazioni e procedure correttive. Jensen Huang e i responsabili del centro di ricerca di Jülich hanno collegato questi strumenti alla possibilità di valutare preventivamente le prestazioni di architetture quantistiche destinate, nel lungo periodo, ad applicazioni nella ricerca farmaceutica, nella modellazione finanziaria e nella scienza dei materiali.
Questo articolo è stato redatto con il supporto di strumenti di intelligenza artificiale (AI)