超级计算机助力高精度仿真量子微芯片

科技日报北京11月19日电 近日，美国劳伦斯伯克利国家实验室联合加州大学伯克利分校科研人员，依托能源研究科学计算中心的“珀尔马特”超级计算机，联合调用7000余块英伟达GPU，成功实现了对量子微芯片的高精度模拟。这项领先的技术进展为研发新一代量子设备提供了有力支撑，相关成果即将在美国举办的国际高性能计算、网络、存储与分析大会获发布。

研究人员指出，通过对量子芯片进行精细化仿真，有助于在实际制造前全面预测其性能，提前发现潜在缺陷，保证最终产品能够达到预期设计目标。

本次模拟聚焦于一颗具有多层结构的微型芯片，面积仅10平方毫米，厚度为0.3毫米，蚀刻线最细仅1微米。虽然一般情况下无需如此庞大的算力，但针对这类结构复杂的芯片实现细致还原，几乎动用了“珀尔马特”全部的计算资源。团队在24小时内调度7168块GPU，全面捕捉了芯片的细微结构与工作特性。

区别于传统将芯片简单等同于“黑匣子”的模拟方式，此次研究借助超级计算机强大的并行运算能力，深入剖析了芯片内部的物理运行原理。

团队将整个芯片分解为110亿个离散网格点，仅用7小时便完成了超100万个时间步长的计算，实现了在一天内对三种不同电路结构的全面仿真分析。

在本次研究中，团队采用全波物理仿真方法，对材料属性（如铌金属导线）、芯片具体布局及谐振器设计全方位建模，并细致还原了量子比特与电子元件之间的动态关联。结合物理设计与实时计算的策略，成为这项工作的突出亮点。

未来研究团队还将持续推进系列仿真实验，进一步拓展对量子芯片设计的深层认识，并探索其在更大规模系统中的应用潜力。研究焦点包括量子比特与电路组件间的共振行为，以及多频域仿真的测算比对。随着实体芯片的制造进展，团队也将通过实测结果与模拟数据的对比，不断完善和提升模型的精确度。