科技日?qǐng)?bào)北京11月19日電 （記者劉霞）美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)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(guó)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(duì)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(guó)舉行的國(guó)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(guò)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(duì)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(duì)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(jiǎn)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(shì)，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(wàn)個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)了單日內(nèi)對(duì)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(guò)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(duì)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(guò)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(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果的比對(duì)，持續(xù)優(yōu)化模型精度。