Масштабное моделирование квантовых технологий
Ученые из Калифорнийского университета совместно с коллегами из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли совершили прорыв в области компьютерного моделирования. Используя суперкомпьютер Perlmutter, исследователи выполнили уникальную «полноволновую симуляцию физического уровня» для квантового микрочипа. Для выполнения столь масштабной задачи вычислительный комплекс был задействован почти на полную мощность: в работе участвовало 7168 графических процессоров Nvidia.
_large.jpg "Моделирование квантовых технологий")
Объектом внимания специалистов стал многослойный чип миниатюрных размеров — его площадь составляет 100 мм², а толщина — всего 0,3 мм. Особенность устройства заключается в наличии проводников, ширина которых не превышает одного микрона. Чтобы достичь требуемой точности, исследователи разбили цифровую модель на 11 миллиардов отдельных ячеек. Благодаря огромным ресурсам GPU команда смогла за 7 часов выполнить расчет более миллиона временных шагов, что позволило всего за сутки протестировать три вариации конфигурации чипа. В ходе решения уравнений Максвелла физики получили детализированную картину того, как электромагнитные волны перемещаются внутри структуры и каким образом происходит взаимодействие между кубитами.
Преимущества детального моделирования перед традиционными методами
Традиционно при тестировании чипов ученые используют подход «черного ящика», оценивая лишь сигналы на входе и выходе системы. Симуляция на базе суперкомпьютера Perlmutter радикально меняет подход: она учитывает физические характеристики материалов, геометрию всех элементов резонаторов и точное расположение каждой точки контакта.
Разработка квантового оборудования — крайне затратная сфера, где малейшая ошибка в проектировании влечет за собой многомесячные задержки и убытки в миллионы долларов. Применение сверхточного моделирования позволяет обнаруживать критические недочеты, включая нежелательные перекрестные помехи и электромагнитные наводки, еще на этапе разработки, до запуска чипа в физическое производство.
Дальнейшие шаги и практическая значимость
В ближайшем будущем команда планирует перейти к созданию физического прототипа чипа. Сопоставление реальных данных с результатами уже проведенных симуляций позволит верифицировать точность математических моделей. Данный эксперимент закладывает фундамент для проектирования более стабильных и производительных квантовых вычислительных систем следующего поколения.
_large.jpg&description=Квантовый чип Nvidia. Физики из Беркли использовали суперкомпьютер с 7168 GPU Nvidia для симуляции квантового микрочипа с точностью до одного микрона.){kind=link}