Суперкомпьютер создал квантовый чип с беспрецедентной детализацией
Моделирование квантовых чипов позволяет исследователям понять их функции и выявить потенциальные проблемы еще до их производства. Члены проекта Quantum Systems Accelerator (QSA) разрабатывают электромагнитные модели для моделирования этих чипов. Они провели первое в истории моделирование квантового микрочипа, используя более 7000 графических процессоров Nvidia на суперкомпьютере Перлмуттера Национального центра энергетических исследований.
Для моделирования мельчайших деталей очень сложного квантового микрочипа, созданного с помощью инструмента Artemis exflop, потребовалась практически вся мощность суперкомпьютера Перлмуттера. Исследователи проекта QSA — ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Калифорнийского государственного университета. Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли и Калифорнийский университет в Беркли использовали почти все 7168 графических процессоров Nvidia в течение 24 часов, чтобы описать структуру и работу многослойного чипа площадью всего 10 квадратных миллиметров, толщиной 0,3 мм и шириной травления всего в один микрон.
«Мы разделили чип на 11 миллиардов секций решетки. Мы смогли выполнить более миллиона тактов за семь часов, что позволило нам оценить три конфигурации схемы Перлмуттера за один день. Такое моделирование было бы невозможно за такое короткое время, если бы мы не использовали всю систему», — говорит Энди Нонака, один из исследователей. «Вычислительная модель предсказывает, как проектные решения влияют на распространение электромагнитных волн в чипе, — говорит Нонака, — чтобы гарантировать правильное взаимодействие сигналов и избежать нежелательных пересечений».
Такой уровень детализации делает эту симуляцию уникальной. Использование графических процессоров Перлмуттера дало ученым вычислительную мощность, необходимую для изучения физических деталей и демонстрации того, как работает механизм чипа.
«Мы занимаемся полноволновым моделированием на физическом уровне, а это значит, что нас интересует материал, используемый в чипе, как он установлен, как соединены металлические провода — ниобий или другой металл — как построены резонаторы, их размер, форма и материал», — говорит Яо Цзи, коллега Нонаки. «Эти физические детали важны для нас, и мы включаем их в нашу модель».
Помимо детального представления чипа, модель моделирует взаимодействие кубитов друг с другом и с другими частями квантовой схемы. Сочетание этих качеств – физического дизайна чипа и возможности моделирования в реальном времени – также является важной отличительной чертой проекта. Все это вместе открывает перед исследователями уникальные возможности, пишет Phys.
В дальнейшем команда планирует провести больше симуляций, чтобы лучше понять устройство квантовых схем и увидеть, как они функционируют как часть более крупных систем. «Мы хотели бы увидеть, как кубит резонирует с остальной частью схемы. В частотной области мы хотели бы сравнить его с другими симуляциями в частотной области, чтобы получить больше уверенности в том, что с квантовой точки зрения модель правильна», — говорит Яо.
