Физики из Беркли задействовали 7168 видеокарт Nvidia для воссоздания работы квантового чипа с микронной точностью

Команда ученых из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли совместно с коллегами из Калифорнийского университета осуществила беспрецедентное полноволновое моделирование физических процессов в квантовом микрочипе. Для реализации столь масштабного проекта был задействован суперкомпьютер Perlmutter, чьи вычислительные мощности — а именно 7168 графических ускорителей NVIDIA — были мобилизованы практически в полном объеме.

В центре внимания исследователей оказался миниатюрный многослойный кристалл площадью 100 мм² и толщиной всего 0,3 мм, оснащенный токопроводящими элементами шириной в один микрон. В процессе цифровой репликации модель устройства была сегментирована на 11 миллиардов ячеек. Использование колоссального потенциала GPU позволило физикам за 7 часов просчитать свыше миллиона временных интервалов, что дало возможность протестировать три вариации дизайна чипа всего за сутки. Опираясь на фундаментальные уравнения Максвелла, авторы работы визуализировали динамику распространения электромагнитных волн и механизмы «общения» кубитов внутри системы.

В противовес классическим методам, где микросхемы рассматриваются как «черные ящики» (анализируются лишь входные и выходные сигналы), симуляция на Perlmutter учитывает реальные физические параметры: специфику используемых материалов, сложную геометрию резонаторов и прецизионное расположение всех контактных групп.

Производство квантового оборудования — процесс крайне высокозатратный, где любая ошибка в проектировании оборачивается потерей месяцев работы и многомиллионными убытками. Сверхдетальное цифровое моделирование позволяет выявлять критические дефекты, такие как паразитные электромагнитные наводки (перекрестные помехи), еще на этапе эскиза, до запуска физического производства.

Ближайшей целью коллектива станет изготовление реального прототипа устройства. Сопоставление его фактических показателей с данными виртуальной модели должно подтвердить достоверность разработанных алгоритмов. Данный эксперимент закладывает фундамент для создания более мощных и стабильных квантовых вычислительных систем следующего поколения.

 

Источник: iXBT