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美國勞倫斯伯克利國家實驗室與加州大學伯克利分校聯(lián)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(jié)實現(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)奠定了堅實基礎(chǔ)。該成果將在美國舉行的國際高性能計算、網(wǎng)絡(luò)、存儲與分析會議上正式發(fā)布。

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(xiàn)，及時發(fā)現(xiàn)問題，確保最終產(chǎn)品符合設(shè)計預期。

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，但對這個結(jié)構(gòu)精密的微芯片進行細節(jié)還原，幾乎需要調(diào)動“珀爾馬特”超級計算機的全部資源。團隊在24小時內(nèi)同時調(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)揮超級計算機的并行計算優(yōu)勢，深入揭示了芯片內(nèi)部的物理工作機制。

團隊將芯片離散化為110億個網(wǎng)格單元，在7小時內(nèi)完成了超百萬個時間步長的運算，從而實現(xiàn)了單日內(nèi)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(gòu)造等實體要素，同時還原了量子比特與電路元件間的動態(tài)交互過程。這種將物理設(shè)計與實時模擬相結(jié)合的技術(shù)路徑，構(gòu)成了本次研究的獨特價值。

團隊下一步將繼續(xù)開展系列模擬實驗，深化對芯片設(shè)計的量化認知，并探索其在更大系統(tǒng)中的適配性。重點將關(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行基準驗證。待實體芯片制作完成后，團隊將通過實測數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果的比對，持續(xù)優(yōu)化模型精度。