IT之家 2 月 24 日消息，美國科研團(tuán)隊(duì)利用 Perlmutter 超級計(jì)算機(jī)上的 7168 塊英偉達(dá) GPU，耗時(shí) 24 小時(shí)，以前所未有的細(xì)節(jié)，超高精度模擬量子微縮芯片（Quantum Microchip）。

美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室與加州大學(xué)伯克利分校的科研團(tuán)隊(duì)為驗(yàn)證和優(yōu)化下一代量子硬件的設(shè)計(jì)，使用位于美國國家能源研究科學(xué)計(jì)算中心（NERSC）的 Perlmutter 超級計(jì)算機(jī)，調(diào)用了該超算系統(tǒng)上幾乎全部的 7168 塊英偉達(dá) GPU 參與計(jì)算。

項(xiàng)龐大的模擬工程針對的是一塊極度復(fù)雜的微縮芯片，其尺寸僅為 10 毫米見方、厚度 0.3 毫米，蝕刻線寬更是細(xì)至 1 微米。

為了精準(zhǔn)捕捉其結(jié)構(gòu)與功能，研究人員將虛擬芯片劃分為高達(dá) 110 億個(gè)網(wǎng)格單元。借助超級計(jì)算機(jī)的澎湃算力，團(tuán)隊(duì)在短短 7 小時(shí)內(nèi)運(yùn)行了超一百萬個(gè)時(shí)間步長，并在一天內(nèi)高效評估了三種不同的電路配置。

與以往受限于算力而將芯片視為“黑盒”的常規(guī)模擬不同，本次研究實(shí)現(xiàn)了真正的“全波物理級模擬”（Full-wave physical-level simulation）。

IT之家注：“全波物理級模擬”是一種不遺漏任何物理細(xì)節(jié)的終極模擬方式。傳統(tǒng)模擬可能只看輸入和輸出（當(dāng)成黑盒子），而這種模擬連芯片用什么材料、線怎么接、形狀多大都算得清清楚楚，等于在電腦里 1:1“克隆”了一個(gè)真實(shí)的物理微環(huán)境。

團(tuán)隊(duì)依托百億億次級建模平臺 ARTEMIS，結(jié)合經(jīng)典微波工程與超低溫量子物理需求，該模型不僅精細(xì)還原了芯片的材質(zhì)、金屬布線方式以及諧振器的幾何形狀，還在時(shí)域內(nèi)通過求解麥克斯韋方程組重現(xiàn)了非線性行為，生動模擬出量子比特之間以及它們與電路其他部分的真實(shí)通信過程。

科學(xué)家通過在物理制造前對量子芯片進(jìn)行全方位虛擬測試，能夠及早發(fā)現(xiàn)潛在的電磁串?dāng)_等設(shè)計(jì)缺陷，從而大幅減少昂貴的物理試錯(cuò)成本，顯著提升設(shè)備的可靠性。下一步，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃開展更深入的定量模擬，在頻域內(nèi)分析系統(tǒng)光譜行為，并最終將模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際制造出的物理芯片進(jìn)行對比校準(zhǔn)。

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