7000颗Nvidia芯片助力超级计算机，前所未有的细节模拟量子芯片

来自劳伦斯伯克利国家实验室和加利福尼亚大学的研究团队模拟了一种量子微芯片，这标志着在完善下一代技术所需的芯片方面迈出了关键一步。

这项模拟是在美国能源部（DOE）用户设施——国家能源研究科学计算中心（NERSC）的Perlmutter超级计算机上，使用了超过7000个NVIDIA GPU进行的。

对量子芯片的建模使研究人员能够在制造之前就发现其功能和性能，确保它们按预期工作，并及时发现可能出现的潜在问题。

伯克利实验室应用数学与计算研究（AMCR）部门的成员安迪·野中（Andy Nonaka）说：“计算模型预测了设计决策如何影响芯片中的电磁波传播。”

剖析这个过程

团队使用了一款叫ARTEMIS的超大规模建模工具来设计和优化芯片。这个芯片是Irfan Siddiqi在加州大学伯克利分校的量子纳米电子实验室和伯克利实验室的先进量子测试平台（AQT）合作创建的。

设计量子芯片时，结合了传统的微波工程和先进的低温物理。ARTEMIS是美国能源部超大规模计算项目的一部分。

为了建模芯片那些微小而复杂的细节，研究人员几乎用尽了Perlmutter的全部计算能力。他们几乎用上了所有7,168个NVIDIA GPU，持续了24小时。

这种计算能力是准确捕捉一个宽10毫米、长10毫米、厚0.3毫米、带有微米级蚀刻的多层芯片结构和行为所必需的。

“我不知道有没有人能在完整的 Perlmutter系统规模 下进行微电子电路的物理建模。我们使用了近7000个GPU，”野中说。

“我们将芯片离散化为110亿个网格单元。我们在七小时内运行了超过一百万个时间步，这让我们在Perlmutter上能在一天内评估三种电路配置。如果没有完整的系统，这些模拟在这个时间内是无法完成的，” 他进一步解释说。

“这一努力在 Perlmutter 上被认为是最雄心勃勃的量子项目之一，利用 ARTEMIS 和 NERSC 的计算能力获取超过四个数量级的量子硬件细节，” NERSC 的量子计算工程师 Katie Klymko 说。

未来展望

团队计划进行更多的模拟，以加深对芯片设计的定量理解，并评估其在更大量子系统中的表现。

最终，模拟将接受最终的考验：与物理世界的比较。当芯片被制造出来并经过测试时，研究人员将看看他们的模型表现得怎么样，并从中进行调整。

“这一前所未有的仿真，这是得益于科学家和工程师之间的广泛合作，是加速量子硬件的设计和开发的重要一步，”QSA主任贝特·德·容解释道。

“更强大、更高效的量子芯片将为研究人员带来新的能力，并开辟新的科学领域，”他说。