11 月 14 日，勞倫斯柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL，簡稱柏克萊實驗室）的量子系統加速器（Quantum Systems Accelerator，QSA）研究人員 Zhi Jackie Yao 和Andy Nonaka，利用其超級電腦 Perlmutter 進行一項前所未有的量子晶片模擬。這個模擬不僅幫助研究人員在晶片製造之前理解其功能和性能，還能及早發現潛在問題。這項研究的關鍵在於開發電磁模型，以模擬量子晶片的行為，這是提升量子硬體性能的重要步驟。
這項模擬的團隊成員包括Andy Nonaka（研究科學家）、Yingheng Tang（博士後研究員）、Candice Kang（加州大學研究生）、Katherine Klymko（NERSC計算系統工程師）、Kan-Heng Lee（研究科學家）、Christopher Spitzer（計畫經理）及Johannes Blaschke（NERSC高效能計算工作流程性能專家）。
Nonaka表示：「我們的計算模型預測設計決策如何影響晶片中的電磁波傳播，以確保信號耦合正確並避免不必要的串擾。」他們使用的超級計算工具ARTEMIS，這是一個專門用於全波電磁模擬的軟體平台，能夠模擬和優化與加州大學柏克萊分校Irfan Siddiqi的量子奈米電子實驗室及柏克萊實驗室的先進量子測試平台（AQT）合作設計的晶片。
這次模擬的獨特之處在於其細緻的計算能力，研究團隊幾乎使用了Perlmutter的所有7,168個輝達（NVIDIA）GPU，並在24小時內捕捉到一個僅10平方毫米、厚0.3毫米的多層晶片的結構和功能。Nonaka指出：「我們將晶片離散化為110億個網格單元，並在七小時內運行超過一百萬個時間步驟，這使我們能在一天內評估三個電路配置。」
Yao補充道：「我們進行全波物理級模擬，這意味著我們關心晶片上使用的材料、晶片的布局、金屬的接線方式，以及共振器的大小、形狀和材料。」這種對物理細節的關注使得模擬能夠真實地反映實驗室中的量子比特如何相互通訊及與量子電路的其他部分互動。
接下來，研究團隊計劃進行更多模擬，以加強對晶片設計的定量理解，並觀察其在更大系統中的功能。Yao表示：「我們希望進行更定量的模擬，以便進行後處理並量化系統的頻譜行為。」
這項模擬的成功得益於柏克萊社群的強大合作，從AMCR到QSA、AQT再到NERSC，這種合作不僅提供了計算能力，還有專業知識。QSA主任Bert de Jong表示：「這個前所未有的模擬是加速量子硬體設計和開發的重要一步，將為研究人員解鎖新的能力，並開啟科學的新途徑。」
（首圖來源：勞倫斯柏克萊國家實驗室）
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