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超級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)量子微芯片高精度模擬
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科技日報(bào)北京11月19日電 (記者劉霞)美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室與加州大學(xué)伯克利分校聯(lián)合團(tuán)隊(duì),依托國家能源研究科學(xué)計(jì)算中心的“珀?duì)栺R特”超級(jí)計(jì)算機(jī),動(dòng)用了7000多塊英偉達(dá)圖形處理器,以前所未有的細(xì)節(jié)實(shí)現(xiàn)了對量子微芯片的模擬。這一突破為優(yōu)化下一代量子技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該成果將在美國舉行的國際高性能計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)與分析會(huì)議上正式發(fā)布。
團(tuán)隊(duì)表示,通過精確建模量子芯片,可在制造前預(yù)判其性能表現(xiàn),及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題,確保最終產(chǎn)品符合設(shè)計(jì)預(yù)期。
本次模擬對象為多層結(jié)構(gòu)芯片,尺寸僅10平方毫米,厚度0.3毫米,蝕刻寬度細(xì)至1微米。雖然并非所有量子芯片模擬都需要如此大規(guī)模算力,但對這個(gè)結(jié)構(gòu)精密的微芯片進(jìn)行細(xì)節(jié)還原,幾乎需要調(diào)動(dòng)“珀?duì)栺R特”超級(jí)計(jì)算機(jī)的全部資源。團(tuán)隊(duì)在24小時(shí)內(nèi)同時(shí)調(diào)用7168塊圖形處理器,完整捕捉了芯片的結(jié)構(gòu)與功能特征。
相較于傳統(tǒng)模擬將芯片視為“黑匣子”的簡化處理,本次研究充分發(fā)揮超級(jí)計(jì)算機(jī)的并行計(jì)算優(yōu)勢,深入揭示了芯片內(nèi)部的物理工作機(jī)制。
團(tuán)隊(duì)將芯片離散化為110億個(gè)網(wǎng)格單元,在7小時(shí)內(nèi)完成了超百萬個(gè)時(shí)間步長的運(yùn)算,從而實(shí)現(xiàn)了單日內(nèi)對3種電路配置的全面評(píng)估。
本次模擬采用全波物理級(jí)精度,完整考慮了材料特性(包括鈮等金屬導(dǎo)線)、芯片布局、諧振器構(gòu)造等實(shí)體要素,同時(shí)還原了量子比特與電路元件間的動(dòng)態(tài)交互過程。這種將物理設(shè)計(jì)與實(shí)時(shí)模擬相結(jié)合的技術(shù)路徑,構(gòu)成了本次研究的獨(dú)特價(jià)值。
團(tuán)隊(duì)下一步將繼續(xù)開展系列模擬實(shí)驗(yàn),深化對芯片設(shè)計(jì)的量化認(rèn)知,并探索其在更大系統(tǒng)中的適配性。重點(diǎn)將關(guān)注量子比特與電路元件的共振特性,并通過多頻域模擬進(jìn)行基準(zhǔn)驗(yàn)證。待實(shí)體芯片制作完成后,團(tuán)隊(duì)將通過實(shí)測數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果的比對,持續(xù)優(yōu)化模型精度。
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