Первую «полноволновая симуляция физического уровня» для квантового микрочипа
Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета с помощью суперкомпьютера Perlmutter провели первую в своем роде «полноволновую симуляцию физического уровня» квантового микрочипа. Для решения этой задачи были задействованы практически все ресурсы системы — 7168 графических процессоров Nvidia.
Объектом исследования стал миниатюрный многослойный чип площадью 100 мм2 и толщиной всего 0,3 мм с проводниками шириной в один микрон. Чтобы смоделировать его работу, ученые разделили виртуальную модель на 11 миллиардов ячеек. Благодаря колоссальной мощности GPU, команда за 7 часов просчитала более миллиона временных шагов, что позволило всего за одни сутки оценить эффективность сразу трех различных конфигураций чипа. Решая Уравнения Максвелла, физики смогли увидеть, как электромагнитные волны распространяются внутри чипа и как кубиты «общаются» друг с другом.
В отличие от традиционных методов, которые рассматривают чипы как «черные ящики» (анализируя только входящие и исходящие сигналы), симуляция на Perlmutter учитывает реальные физические свойства материалов, геометрию резонаторов и точное расположение всех контактов.
Производство квантового оборудования — крайне дорогой процесс, где любая ошибка в дизайне ведет к потере месяцев работы и миллионов долларов. Сверхдетальное моделирование позволяет выявлять такие дефекты, как нежелательные электромагнитные наводки («перекрестные помехи»), еще до того, как чип будет физически изготовлен.
Следующим этапом станет создание реального физического образца чипа. Ученые сравнят данные его работы с результатами симуляции, чтобы окончательно подтвердить точность своих моделей. Эксперимент позволит создать более мощные и надежные квантовые компьютеры нового поколения.
