“木星”超级计算机用50量子比特实现量子模拟，创世界纪录

德国于利赫研究中心科学家利用新一代超算系统JUPITER，首次在传统超级计算机上成功模拟了50个量子比特的完整量子行为，打破了2019年该中心用日本‘京’（K）计算机创下的48量子比特纪录。这一突破意义重大：一方面，它标志着人类在量子模拟能力上迈进一步；另一方面，凸显了JUPITER作为世界领先超算平台的强大性能，有望加速未来量子算法（如用于分子材料研究的变分量子本征解算器VQE、用于物流与AI优化问题的量子近似优化算法QAOA）的研发进程。模拟量子系统极为困难——每增加1个量子比特，所需内存和算力就翻倍。普通笔记本仅能模拟约30个量子比特；而50量子比特模拟需约2拍字节（即200万GB）内存，只有全球顶尖超算才能胜任。此次模拟精确复现了真实量子处理器的全部操作（如量子门），涉及超过2千万亿（2×10¹⁵）个复数运算值，并需在数千个计算节点间实时同步。实现该成果的关键在于NVIDIA GH200超级芯片：它将CPU与GPU深度集成，允许数据在GPU内存不足时暂存于CPU内存中而不显著损失性能。为此，于利希与NVIDIA联合实验室升级了自研量子模拟软件JUQCS，推出新版JUQCS-50——它支持跨CPU/GPU的高效计算，并创新采用字节编码压缩技术（降低8倍内存占用）和动态优化系统（持续提升超1.6万个GH200芯片间的数据交换效率）。项目负责人汉斯·德·拉埃特教授指出，JUQCS-50能高保真地模拟通用量子计算机，解决当前任何真实量子硬件尚无法处理的科学问题。该软件还将通过‘于利希量子计算统一基础设施’（JUNIQ）向外部科研机构与企业开放，既作为科研工具，也作为评估未来超算性能的新基准。本项目属于JUPITER研究与早期试用计划（JUREAP），强调软硬件协同设计——在JUPITER建造阶段，于利希专家与NVIDIA工程师紧密合作，推动系统潜能充分释放。JUPITER由多方共同资助：欧洲高性能计算联合体（EuroHPC JU）承担50%，德国联邦教研部（BMFTR，原BMBF）承担25%，北莱茵-威斯特法伦州文化与科学部（MKW NRW）通过高斯超级计算中心（GCS）承担剩余25%。