Jupiter

Publié le 16 novembre 2023 14h30. Le supercalculateur européen JUPITER, basé en Allemagne, a franchi une étape inédite en simulant avec une précision record le fonctionnement d’un processeur quantique de 50 qubits, ouvrant de nouvelles perspectives pour la recherche et le développement dans ce domaine stratégique.

• JUPITER a simulé un processeur quantique de 50 qubits, nécessitant une mémoire de 2 pétaoctets (2 millions de gigaoctets).
• Cette simulation, qui manipule plus de deux quadrillions de valeurs numériques complexes par opération, dépasse le précédent record mondial.
• Cette avancée renforce la position de l’Europe dans le domaine du calcul intensif et réduit sa dépendance aux infrastructures étrangères.

Le centre de recherche de Jülich, l’un des plus importants centres de recherche européens spécialisé dans les supercalculateurs, l’énergie, les neurosciences et la technologie quantique, a annoncé cette percée majeure. Les scientifiques ont réussi à reproduire la physique interne d’une puce quantique avec un niveau de détail sans précédent, une prouesse qui promet d’accélérer les progrès dans le domaine de l’informatique quantique.

L’ordinateur quantique fonctionne sur un principe fondamentalement différent des ordinateurs classiques. Alors que ces derniers utilisent des bits représentant des 0 ou des 1, les ordinateurs quantiques exploitent les qubits, capables d’exister dans plusieurs états simultanément. Cette capacité offre un potentiel de calcul immense, mais rend également leur simulation extrêmement complexe.

La simulation réalisée sur JUPITER a nécessité une mémoire d’environ 2 pétaoctets (2 millions de gigaoctets). Pour donner une idée de l’échelle, il faudrait environ 2 000 disques durs d’un téraoctet pour stocker une telle quantité de données. Ce besoin colossal en mémoire a longtemps constitué un obstacle majeur à la simulation d’ordinateurs quantiques complets, même pour les supercalculateurs les plus puissants.

Selon le centre de recherche européen, ce résultat « dépasse le précédent record mondial de 48 qubits établi par des chercheurs de Jülich en 2019 sur le supercalculateur K au Japon ». Ils ajoutent que cela « démontre l’immense puissance de calcul de JUPITER et ouvre de nouveaux horizons pour le développement et les tests d’algorithmes quantiques ».

Il est important de noter que cette avancée ne signifie pas pour autant la création d’un ordinateur quantique de 50 qubits pleinement opérationnel. La technologie quantique doit encore surmonter des défis importants, tels que la correction des erreurs et la stabilisation des qubits. Cependant, cette simulation permet de tester les algorithmes, d’anticiper les problèmes et d’accélérer le développement de ces futurs systèmes.

Cette réussite représente un atout stratégique pour l’Europe, renforçant son indépendance dans un domaine clé pour la science, l’industrie et la sécurité numérique.

Comment ces progrès ont-ils été possibles ?

La performance de JUPITER repose non seulement sur sa puissance brute, mais également sur une combinaison d’innovations visant à optimiser l’utilisation de sa mémoire et de ses capacités matérielles. Un élément clé réside dans l’utilisation de superpuces NVIDIA GH200, qui intègrent un CPU et un GPU sur une même puce. Lorsque la mémoire du GPU est saturée, une partie des données est automatiquement transférée vers la mémoire du CPU sans perte de performance. Ce système hybride permet à JUPITER de gérer un volume d’informations supérieur à ce qu’un GPU seul pourrait supporter.

L’équipe de Jülich et NVIDIA a également travaillé à améliorer leur simulateur quantique, aboutissant à une nouvelle version, JUQCS-50, spécialement conçue pour fonctionner avec ce mélange de mémoires CPU et GPU. Ainsi, même si les données sont réparties entre les deux types de mémoire, la simulation se déroule de manière fluide et efficace.

Deux améliorations supplémentaires ont été apportées :

• Une méthode de compression qui réduit les besoins en mémoire jusqu’à huit fois.
• Un système optimisant la circulation des données entre les puces.

Les responsables du projet précisent que l’outil JUQCS-50 sera mis à disposition d’autres institutions via l’infrastructure quantique de Jülich, appelée JUNIQ, permettant ainsi à un plus grand nombre de chercheurs de bénéficier de cette technologie.

JUPITER, la machine qui repousse les limites du possible

JUPITER s’inscrit dans la longue lignée des supercalculateurs européens. Pourtant, une visite du Forschungszentrum Jülich révèle que cette machine est différente. Le bâtiment abrite une salle d’une taille équivalente à quatre courts de tennis, illuminée par la lueur constante de milliers d’indicateurs. Sous l’étage technique, un réseau de 260 kilomètres de câblage relie chaque module du système, comme des neurones dans un cerveau géant. Et, d’une certaine manière, c’est bien le cas : JUPITER est le cœur du calcul intensif européen.

Son architecture modulaire, conçue comme une ville technologique divisée en quartiers, permet de l’agrandir ou de la moderniser sans interruption de service. Elle intègre 24 000 superpuces NVIDIA GH200, une combinaison de processeurs et de GPU capable de traiter des quantités de données inimaginables pour un ordinateur classique.

Ces puces fonctionnent en synergie grâce à un réseau d’interconnexion ultra-rapide, conférant à JUPITER une capacité de calcul dépassant le quintillion d’opérations par seconde – un chiffre vertigineux. Pour donner une idée, il faudrait à la population mondiale entière de faire des calculs sans arrêt pendant des milliers d’années pour atteindre la performance de JUPITER en un instant.

Mais au-delà de sa puissance brute, c’est la manière dont JUPITER est utilisé qui est la plus remarquable. Son système de refroidissement liquide direct maintient ses composants stables tout en réutilisant la chaleur pour chauffer les bâtiments du campus. Non seulement il bat des records de performance, mais il domine également le classement Green500, qui récompense les supercalculateurs les plus efficaces sur le plan énergétique.

JUPITER est déjà utilisé pour des modèles climatiques ultra-précis, des simulations biomédicales, la conception de nouveaux matériaux et le développement d’énergies durables. Et maintenant, il se lance dans un défi encore plus ambitieux : la reproduction exacte du comportement d’un véritable processeur quantique.