超级计算机实现量子微芯片高精度模拟
科技日报北京11月19日电（记者刘霞）美国劳伦斯伯克利国家实验室与加州大学伯克利分校联合团队，依托国家能源研究科学计算中心的“珀尔马特”超级计算机，动用了7000多块英伟达图形处理器，以前所未有的细节实现了对量子微芯片的模拟。这一突破为优化下一代量子技术奠定了坚实基础。该成果将在美国举行的国际高性能计算、网络、存储与分析会议上正式发布。
研究团队运用“珀尔马特”超级计算机模拟量子微芯片结构。图片来源：美国伯克利国家实验室
团队表示，通过精确建模量子芯片，可在制造前预判其性能表现，及时发现问题，确保最终产品符合设计预期。
本次模拟对象为多层结构芯片，尺寸仅10平方毫米，厚度0.3毫米，蚀刻宽度细至1微米。虽然并非所有量子芯片模拟都需要如此大规模算力，但对这个结构精密的微芯片进行细节还原，几乎需要调动“珀尔马特”超级计算机的全部资源。团队在24小时内同时调用7168块图形处理器，完整捕捉了芯片的结构与功能特征。
相较于传统模拟将芯片视为“黑匣子”的简化处理，本次研究充分发挥超级计算机的并行计算优势，深入揭示了芯片内部的物理工作机制。
团队将芯片离散化为110亿个网格单元，在7小时内完成了超百万个时间步长的运算，从而实现了单日内对3种电路配置的全面评估。
本次模拟采用全波物理级精度，完整考虑了材料特性（包括铌等金属导线）、芯片布局、谐振器构造等实体要素，同时还原了量子比特与电路元件间的动态交互过程。这种将物理设计与实时模拟相结合的技术路径，构成了本次研究的独特价值。
团队下一步将继续开展系列模拟实验，深化对芯片设计的量化认知，并探索其在更大系统中的适配性。重点将关注量子比特与电路元件的共振特性，并通过多频域模拟进行基准验证。待实体芯片制作完成后，团队将通过实测数据与模拟结果的比对，持续优化模型精度。
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