7168块GPU火力全开，美国实验室创纪录模拟量子微芯片

IT之家 2 月 24 日消息，美国科研团队利用 Perlmutter 超级计算机上的 7168 块英伟达 GPU，耗时 24 小时，以前所未有的细节，超高精度模拟量子微缩芯片（Quantum Microchip）。

美国劳伦斯伯克利国家实验室与加州大学伯克利分校的科研团队为验证和优化下一代量子硬件的设计，使用位于美国国家能源研究科学计算中心（NERSC）的 Perlmutter 超级计算机，调用了该超算系统上几乎全部的 7168 块英伟达 GPU 参与计算。

项庞大的模拟工程针对的是一块极度复杂的微缩芯片，其尺寸仅为 10 毫米见方、厚度 0.3 毫米，蚀刻线宽更是细至 1 微米。

为了精准捕捉其结构与功能，研究人员将虚拟芯片划分为高达 110 亿个网格单元。借助超级计算机的澎湃算力，团队在短短 7 小时内运行了超一百万个时间步长，并在一天内高效评估了三种不同的电路配置。

与以往受限于算力而将芯片视为“黑盒”的常规模拟不同，本次研究实现了真正的“全波物理级模拟”（Full-wave physical-level simulation）。

IT之家注：“全波物理级模拟”是一种不遗漏任何物理细节的终极模拟方式。传统模拟可能只看输入和输出（当成黑盒子），而这种模拟连芯片用什么材料、线怎么接、形状多大都算得清清楚楚，等于在电脑里 1:1“克隆”了一个真实的物理微环境。

团队依托百亿亿次级建模平台 ARTEMIS，结合经典微波工程与超低温量子物理需求，该模型不仅精细还原了芯片的材质、金属布线方式以及谐振器的几何形状，还在时域内通过求解麦克斯韦方程组重现了非线性行为，生动模拟出量子比特之间以及它们与电路其他部分的真实通信过程。

科学家通过在物理制造前对量子芯片进行全方位虚拟测试，能够及早发现潜在的电磁串扰等设计缺陷，从而大幅减少昂贵的物理试错成本，显著提升设备的可靠性。下一步，研究团队计划开展更深入的定量模拟，在频域内分析系统光谱行为，并最终将模拟数据与实际制造出的物理芯片进行对比校准。

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