Des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory et de l’Université de Californie à Berkeley ont utilisé le supercalculateur Perlmutter du National Energy Research Scientific Computing Center pour réaliser une simulation d’une finesse inédite d’une micropuce quantique. Cette simulation a utilisé plus de 7 000 GPU NVIDIA pour effectuer une simulation physique à ondes complètes d’une puce minuscule de seulement 10 mm de côté et 0,3 mm d’épaisseur. La simulation de puces quantiques vise à permettre aux chercheurs de comprendre leur fonctionnement et leurs performances avant fabrication, afin de s’assurer qu’elles fonctionneront comme prévu et de détecter d’éventuels problèmes.

L’équipe a développé un modèle électromagnétique utilisant l’outil de modélisation exascale ARTEMIS pour modéliser et optimiser la puce. La puce a été conçue en collaboration entre le Quantum Nanoelectronics Laboratory de l’Université de Californie à Berkeley et la plateforme Advanced Quantum Testbed du Berkeley Lab. « Le modèle de calcul prédit comment les décisions de conception affectent la propagation des ondes électromagnétiques dans la puce », explique le chercheur du projet Ikutaro Nakano, « afin de garantir un couplage correct des signaux et d’éviter les interférences croisées. » Lors de la simulation, l’équipe a discrétisé la puce en 11 milliards de mailles et exécuté plus d’un million de pas temporels en 7 heures, évaluant trois configurations de circuit.

Le professeur Yao indique que cette méthode combinant conception physique et simulation en temps réel est cruciale car elle prend en compte les comportements non linéaires, offrant une capacité unique. La simulation a non seulement observé les détails physiques de la puce, mais a aussi simulé comment les qubits communiquent entre eux et avec d’autres parties du circuit, fournissant une compréhension quantitative pour la conception de puces quantiques. L’équipe prévoit d’effectuer davantage de simulations pour comprendre le rôle de la puce dans des systèmes plus grands et espère comparer les résultats de simulation au monde réel pour valider la précision du modèle. Ikutaro Nakano et le professeur Yao soulignent que cette simulation d’une telle finesse a bénéficié de la collaboration étroite entre les différents départements de l’Université de Berkeley, des capacités de calcul à l’expertise, chaque département ayant apporté son soutien au travail de simulation.