Het Europese supercomputerproject JUPITER heeft een historische mijlpaal bereikt door het simuleren van een kwantumprocessor die meer dan twee quadriljoen gegevens per operatie verwerkt. Deze doorbraak opent nieuwe mogelijkheden voor de toekomst van kwantumcomputing, zonder dat er nog fysiek hardware beschikbaar is die deze schaal aankan.
Het Forschungszentrum Jülich, een van de grootste onderzoekscentra in Europa, heeft deze indrukwekkende simulatie gerealiseerd. Dit centrum, gevestigd in Duitsland, specialiseert zich in supercomputing, energie, neurowetenschappen en kwantumtechnologie. De wetenschappers hebben met ongekend detail de interne fysica van een kwantumchip nagebootst, wat de weg vrijmaakt voor verder onderzoek in heel Europa.
Wat Maakt JUPITER Bijzonder?
Wat deze simulatie bijzonder maakt, is de enorme hoeveelheid informatie die verwerkt wordt. Elke operatie van de gesimuleerde kwantumprocessor manipuleert meer dan twee quadriljoen complexe numerieke waarden. Ter vergelijking: een quadriljoen is een ‘1’ gevolgd door vijftien nullen. Dus één enkele operatie beheert meer gegevens dan een traditionele computer in zijn volledige levensduur kan verwerken.
De complexiteit komt voort uit het feit dat kwantumcomputers anders functioneren dan de huidige computers. Hun basiseenheden, qubits, kunnen verschillende toestanden tegelijk hebben, wat hen extreem krachtig maakt, maar ook moeilijk te repliceren met klassieke technologie.
De Prestaties van JUPITER
De simulatie uitgevoerd op JUPITER heeft een kwantumprocessor van 50 qubits nagebootst. Het succesvol doen met zulke precisie vereist een bijna onvoorstelbaar geheugen van ongeveer 2 petabytes, wat gelijk staat aan twee miljoen gigabytes. Dit is vergelijkbaar met de opslagcapaciteit van ongeveer 2.000 typische terabyte harde schijven.
Deze geheugenvereiste is de voornaamste reden waarom het simuleren van een volledige kwantumcomputer, tot nu toe, een vrijwel onmogelijke uitdaging was voor zelfs de krachtigste supercomputers ter wereld. Het resultaat van JUPITER heeft een wereldrecord gevestigd door het vorige record van 48 qubits te overtreffen, dat in 2019 werd gehaald door onderzoekers van Jülich.
Strategisch Voordeel voor Europa
Dit succes is van strategisch belang voor Europa. Het versterkt de positie van het continent op het gebied van geavanceerde supercomputing en vermindert de afhankelijkheid van externe infrastructuren in vitale velden zoals wetenschap, industrie en digitale veiligheid.
Hoe Dit Bereikt Is
De vooruitgang van JUPITER is niet alleen te danken aan zijn reusachtige kracht, maar ook aan innovatieve ideeën die zijn hardware en geheugen beter benutten. Een belangrijke factor zijn de superchips NVIDIA GH200, die CPU en GPU in één chip combineren. Dit zorgt ervoor dat wanneer het geheugen van de GPU vol raakt, de gegevens automatisch naar het geheugen van de CPU kunnen worden verplaatst, waardoor de prestaties behouden blijven.
Bovendien heeft het team van Jülich en NVIDIA een nieuwe versie van de kwantumsimulator ontwikkeld, JUQCS-50, die specifiek is ontworpen voor deze hybride geheugenoplossing. Twee belangrijke verbeteringen zijn onder andere een compressiemethode die het geheugenverbruik met een factor acht vermindert en een systeem dat de gegevensstroom tussen de chips optimaliseert.
JUPITER: Een Machine die het Onmogelijke Mogelijk Maakt
Bij een eerste indruk lijkt JUPITER een gewoon supercomputer te zijn, maar binnen de muren van het Forschungszentrum Jülich gebeurt er iets bijzonders. De enorme ruimte waarop JUPITER is geïnstalleerd, wordt verlicht door duizenden indicatoren en onder de vloer is er een netwerk van 260 kilometer aan bedrading dat elk systeemkoppel verbindt, als neuronen in een reusachtig brein.
De modulaire architectuur van JUPITER maakt het mogelijk om het systeem uit te breiden of te upgraden zonder het af te breken. In zijn kern zijn er 24.000 NVIDIA GH200 superchips, die samen enorme gegevenshoeveelheden kunnen verwerken. JUPITER heeft een rekencapaciteit van meer dan een quintiljoen operaties per seconde, een aantal dat zelfs moeilijk te bevatten is.
Bovendien maakt de innovatieve vloeistofkoeling het mogelijk om de stabiliteit te waarborgen van al zijn componenten, terwijl de warmte wordt hergebruikt voor het verwarmen van gebouwen op de campus. JUPITER breekt niet alleen prestatierecords, maar heeft ook de top van de Green500-lijst bereikt, die de meest energiezuinige supercomputers ter wereld rangschikt.
Met JUPITER worden nu ultranauwkeurige klimaatmodellen ontwikkeld, biomedische simulaties uitgevoerd, nieuwe materialen en duurzame energiebronnen onderzocht en zelfs het gedrag van echte kwantumprocessoren exact gereproduceerd. De toekomst van het kwantumcomputing ligt binnen handbereik.
