Een supercomputer in Duitsland heeft iets gedaan wat geen enkele machine ooit eerder heeft gedaan: hij simuleerde volledig een 50-qubit kwantumcomputer. Deze prestatie, uitgevoerd op Europa's eerste exascale supercomputer genaamd JUPITER, verbreekt het vorige wereldrecord van 48 qubits dat in 2019 door hetzelfde onderzoeksteam werd gezet met een Japans systeem.
Waarom het simuleren van een kwantumcomputer ertoe doet
Onderzoekers van het Jülich Supercomputing Centre, samen met NVIDIA, voerden de simulatie uit om algoritmes te testen en te ontdekken hoe toekomstige kwantumsystemen zich zullen gedragen. Echte kwantumhardware is nog niet krachtig genoeg om veel van deze taken aan te kunnen. Simulaties laten wetenschappers experimentele resultaten valideren en nieuwe algoritmes ontwikkelen voordat de machines bestaan om ze uit te voeren. Twee algoritmes van bijzonder belang zijn de Variational Quantum Eigensolver, gebruikt om moleculen en materialen te bestuderen, en het Quantum Approximate Optimisation Algorithm, dat optimalisatieproblemen aanpakt in logistiek, financiën en kunstmatige intelligentie.
De ongelooflijke moeilijkheid van de berekening
Het simuleren van een kwantumcomputer op een klassieke machine is extreem moeilijk omdat elke extra qubit de benodigde geheugen- en rekenkracht verdubbelt. Een standaard laptop kan ongeveer 30 qubits aan. Voor 50 qubits had de simulatie ongeveer 2 petabyte aan geheugen nodig, oftewel zo'n twee miljoen gigabyte. Alleen de grootste supercomputers ter wereld kunnen dat leveren. Elke bewerking, zoals het toepassen van een kwantumpoort, beïnvloedt meer dan 2 biljard numerieke waarden, een 2 gevolgd door 15 nullen. Die waarden moeten gesynchroniseerd blijven over duizenden rekennodes om een echte kwantumprocessor nauwkeurig na te bootsen.
JUPITER, Europa's eerste exascale supercomputer, werd officieel gelanceerd bij Forschungszentrum Jülich in september 2025. Het systeem maakt gebruik van NVIDIA GH200 Superchips, die centrale verwerkingseenheden en grafische verwerkingseenheden nauw met elkaar verbinden. Dit ontwerp maakt het mogelijk dat gegevens die het GPU-geheugen overschrijden tijdelijk in CPU-geheugen worden opgeslagen zonder prestatieverlies.
Wat dit betekent voor kwantumonderzoek
Professor Kristel Michielsen, directeur van het Jülich Supercomputing Centre, merkte op dat dit gebruik laat zien hoe nauw de vooruitgang in high-performance computing en kwantumonderzoek tegenwoordig met elkaar verweven zijn. De doorbraak vervangt niet de noodzaak van echte kwantumhardware, maar het geeft wetenschappers een krachtig hulpmiddel om nu kwantumalgoritmes te ontwikkelen en testen. Het toont ook aan dat klassieke supercomputers, wanneer ze tot het uiterste worden gedreven, nog steeds de grens van kwantumonderzoek kunnen verleggen.
