Investigadores de Nvidia simularon un sistema de 104 cúbits en JUPITER, el primer superordenador a exaescala de Europa. El experimento, realizado en el Centro de Supercomputación de Jülich, Alemania, permitió estudiar una técnica que, según el equipo, podría reducir en un 90 % la cantidad de cúbits físicos necesarios para la computación cuántica tolerante a fallos.
La investigación se centró en la denominada «cultivación de estados mágicos», un método para preparar recursos cuánticos especiales que se utilizan en operaciones necesarias para ejecutar cálculos cuánticos fiables. El trabajo incorporó ruido de hardware realista, un factor que puede provocar errores y que las simulaciones anteriores, realizadas en condiciones ideales, no representaban adecuadamente.
## Una posible reducción de los recursos cuánticos
Los procesadores cuánticos son sensibles a las interferencias del entorno. A medida que aumenta el tamaño de un sistema, estos efectos pueden generar errores que dificultan la obtención de resultados precisos. La tolerancia a fallos busca mantener la exactitud de los cálculos incluso cuando algunos componentes físicos presentan errores.
Una de las estrategias investigadas consiste en producir estados mágicos y utilizarlos durante determinadas operaciones. Su preparación exige recursos computacionales considerables, por lo que mejorar ese proceso podría reducir las necesidades de hardware de futuros sistemas cuánticos.
La simulación de Nvidia examinó cómo se comporta la cultivación de estados mágicos al considerar el ruido de hardware. De acuerdo con la empresa, los resultados apuntan a una reducción significativa de los requisitos de cúbits físicos. Aun así, se trata de una simulación realizada con infraestructura clásica: el equipo no probó la técnica en un procesador cuántico funcional.
«La computación cuántica útil requerirá sistemas tolerantes a fallos de una complejidad extraordinaria, y entender su comportamiento a escala es esencial para construirlos», afirmó Jensen Huang, fundador y director ejecutivo de Nvidia. También señaló que la combinación de procesadores cuánticos y superordenadores con GPU puede ayudar a abordar investigaciones que, de otro modo, resultarían difíciles de realizar.
El trabajo amplía una simulación anterior en Jülich, que había modelado 50 cúbits bajo condiciones ideales. Incorporar ruido realista permite estudiar con mayor detalle los desafíos que podrían aparecer en hardware cuántico, aunque no sustituye las pruebas experimentales.
## JUPITER permite ampliar las simulaciones
JUPITER, situado en Renania del Norte-Westfalia, proporcionó la capacidad de cálculo necesaria para modelar operaciones cuánticas complejas. Para el experimento, el equipo utilizó procesadores Nvidia GH200 y escaló sus métodos hasta 8.192 GPU.
Antes de ejecutar la simulación en el superordenador, los investigadores desarrollaron y probaron sus métodos en el sistema Nvidia GB200 NVL72 del Centro de Investigación Cuántica Acelerada de la compañía. Empezaron con pruebas en cuatro GPU y fueron ampliándolas a cientos para evaluar el rendimiento y la precisión. Según Nvidia, esta preparación permitió reducir simulaciones que antes podían tardar varias semanas a solo unos días.
El equipo también empleó el software cuQuantum y la plataforma CUDA-Q de Nvidia para simular circuitos cuánticos y representar las operaciones relacionadas con la cultivación de estados mágicos.
Los resultados podrían ayudar a evaluar diseños de procesadores cuánticos antes de construirlos y, potencialmente, reducir la necesidad de experimentos físicos costosos durante las primeras etapas de desarrollo. Sin embargo, será necesario realizar más pruebas en hardware cuántico real para determinar si la técnica ofrece beneficios comparables fuera de la simulación.
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