Superkomputer JUPITER bije kolejne rekordy
We wrześniu 2025 roku w niemieckim ośrodku badawczym w Jülich uruchomiono superkomputer, który jeszcze do niedawna mógłby być jedynie bohaterem filmu lub literatury science-fiction. Od tego momentu JUPITER zadziwia nas swoimi możliwościami i łamaniem kolejnych granic. To pierwszy europejski superkomputer o mocy eksaskalowej – co oznacza, że jest zdolny wykonywać co najmniej jeden kwintylion operacji na sekundę. Dzięki temu uplasował się na czwartym miejscu w rankingu najszybszych superkomputerów na świecie.
Zespół badawczy z Centrum Superkomputerowego w Jülich wraz z ekspertami z firmy NVIDIA w listopadzie 2025 roku ustanowił nowy rekord w dziedzinie symulacji kwantowej. Po raz pierwszy w pełni zasymulowano uniwersalny komputer kwantowy o mocy 50 kubitów. Wynik ten przewyższa poprzedni rekord świata wynoszący 48 kubitów, ustanowiony przez naukowców z Jülich w 2019 roku na japońskim komputerze K. Nowy rekord udowadnia, jak potężną moc obliczeniową ma JUPITER i otwiera nowe horyzonty dla rozwoju i testowania algorytmów kwantowych.
Superkomputer JUPITER (Joint Undertaking Pioneer for Innovative and Transformative Exascale Research) to modułowa maszyna nowej generacji zaprojektowana z myślą o osiągnięciu stabilnej pracy w skali exaFLOP, czyli wykonywaniu co najmniej jednego kwintyliona operacji na sekundę. Jego architektura łączy klasyczne węzły obliczeniowe z potężnymi akceleratorami GPU (Graphics Processing Units, wyspecjalizowanymi procesorami zaprojektowanymi do wykonywania ogromnej liczby prostych operacji matematycznych równolegle). System umożliwia mu nie tylko ekstremalnie szybkie symulacje naukowe, ale także błyskawiczne przetwarzanie modeli sztucznej inteligencji. JUPITER zajmuje setki szaf serwerowych, dysponuje ogromnymi zasobami pamięci operacyjnej i masowej, a jednocześnie został zaprojektowany z naciskiem na wysoką efektywność energetyczną – od zaawansowanego chłodzenia wodą po odzyskiwanie ciepła odpadowego wykorzystywanego do ogrzewania pobliskich budynków.
Symulacje komputerowe mają kluczowe znaczenie dla rozwoju przyszłych systemów kwantowych. Pozwalają one naukowcom weryfikować wyniki eksperymentów i testować nowe algorytmy na długo przed tym, zanim potężne maszyny kwantowe staną się rzeczywistością. Wśród nich znajduje się algorytm VQE (Variational Quantum Eigensolver), który może modelować cząsteczki i materiały, oraz algorytm QAOA (Quantum Approximate Optimisation Algorithm), wykorzystywany do rozwiązywania problemów optymalizacyjnych w logistyce, finansach i sztucznej inteligencji.
Symulowanie komputera kwantowego na konwencjonalnym sprzęcie stanowi ogromne wyzwanie. Liczba możliwych stanów kwantowych rośnie wykładniczo: każdy dodatkowy bit kwantowy (kubit), podwaja zarówno wymagania obliczeniowe, jak i pamięciowe. Podczas gdy standardowy laptop może symulować maks. 30 kubitów, symulacja 50 kubitów wymaga około 2 petabajtów pamięci, czyli około dwóch milionów gigabajtów. Obecnie tylko największe superkomputery na świecie oferują taką pojemność.
Symulacja odtwarza w najdrobniejszych szczegółach skomplikowaną fizykę kwantową prawdziwego procesora. Każda operacja – taka jak zastosowanie bramki kwantowej – ma wpływ na ponad 2 kwadryliony złożonych wartości liczbowych. Wartości te muszą być zsynchronizowane w tysiącach węzłów obliczeniowych, aby dokładnie odtworzyć działanie prawdziwego procesora kwantowego.
Ze swoimi możliwościami JUPITER może być wykorzystywany do bardzo szerokiego zakresu zadań naukowych, technicznych i przemysłowych – wszędzie tam, gdzie potrzebna jest ekstremalna moc obliczeniowa lub szybkie przetwarzanie ogromnych zbiorów danych. Pozwala tworzyć modele klimatyczne nowej generacji obejmujące m.in. precyzyjne prognozy ekstremalnych zjawisk, symulacje wpływu emisji i zmian środowiskowych czy scenariusze globalnego ocieplenia. Ponadto jego architektura jest zaprojektowany jako system HPC + AI, czyli łączenia klasycznych obliczeń o wysokiej wydajności z trenowaniem i uruchamianiem modeli sztucznej inteligencji, szczególnie modeli głębokiego uczenia. JUPITER może być także wykorzystywany w biologii i medycynie (przy modelowaniu struktur białek, projektowaniu leków, symulacjach dynamiki molekularnej, analizie genomów populacyjnych i sekwencjonowaniu na wielką skalę), fizyce (umożliwia symulacje fuzji jądrowej, reaktorów, plazmy, modelowanie nowych materiałów np. nadprzewodników oraz obliczenia kwantowe), astrofizyce (umożliwia symulacje powstawania galaktyk, badania ciemnej materii, modelowanie fal grawitacyjnych i supernowych), przemyśle (może wspierać procesy projektowania samolotów, samochodów, turbin, optymalizację procesów logistycznych, analizę dużych sieci energetycznych i transportowych), jak również w cyberbezpieczeństwie i kryptografii (dzięki mocy ekaskalowej można testować algorytmy postkwantowe (nowe metody szyfrowania i podpisu cyfrowego zaprojektowane tak, aby były odporne na ataki komputerów kwantowych) i symulacje związane z bezpieczeństwem danych).
Opracowano na podstawie:
New Record on JUPITER: Simulating a 50-Qubit Quantum Computer
Europe’s First Supercomputer Reaches 1 ExaFLOP/s
First full simulation of 50-qubit universal quantum computer achieved
