超級計算機實現量子微芯片高精度模擬
科技日報北京11月19日電（記者劉霞）美國勞倫斯伯克利國家實驗室與加州大學伯克利分校聯合團隊，依托國家能源研究科學計算中心的“珀爾馬特”超級計算機，動用了7000多塊英偉達圖形處理器，以前所未有的細節實現了對量子微芯片的模擬。這一突破為優化下一代量子技術奠定了堅實基礎。該成果將在美國舉行的國際高性能計算、網絡、存儲與分析會議上正式發布。
研究團隊運用“珀爾馬特”超級計算機模擬量子微芯片結構。圖片來源：美國伯克利國家實驗室
團隊表示，通過精確建模量子芯片，可在制造前預判其性能表現，及時發現問題，確保最終產品符合設計預期。
本次模擬對象為多層結構芯片，尺寸僅10平方毫米，厚度0.3毫米，蝕刻寬度細至1微米。雖然并非所有量子芯片模擬都需要如此大規模算力，但對這個結構精密的微芯片進行細節還原，幾乎需要調動“珀爾馬特”超級計算機的全部資源。團隊在24小時內同時調用7168塊圖形處理器，完整捕捉了芯片的結構與功能特征。
相較于傳統模擬將芯片視為“黑匣子”的簡化處理，本次研究充分發揮超級計算機的并行計算優勢，深入揭示了芯片內部的物理工作機制。
團隊將芯片離散化為110億個網格單元，在7小時內完成了超百萬個時間步長的運算，從而實現了單日內對3種電路配置的全面評估。
本次模擬采用全波物理級精度，完整考慮了材料特性（包括鈮等金屬導線）、芯片布局、諧振器構造等實體要素，同時還原了量子比特與電路元件間的動態交互過程。這種將物理設計與實時模擬相結合的技術路徑，構成了本次研究的獨特價值。
團隊下一步將繼續開展系列模擬實驗，深化對芯片設計的量化認知，并探索其在更大系統中的適配性。重點將關注量子比特與電路元件的共振特性，并通過多頻域模擬進行基準驗證。待實體芯片制作完成后，團隊將通過實測數據與模擬結果的比對，持續優化模型精度。
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