نجح باحثون من Lawrence Berkeley National Laboratory وجامعة University of California, Berkeley في إكمال محاكاة دقيقة غير مسبوقة لرقاقة كمومية صغيرة باستخدام حاسوب Perlmutter الفائق في National Energy Research Scientific Computing Center. استخدمت المحاكاة أكثر من 7000 وحدة معالجة رسوميات NVIDIA GPU لإجراء محاكاة فيزيائية كاملة الموجة لشريحة مصغرة يبلغ حجمها 10 ملم مربع فقط وسماكتها 0.3 ملم. تهدف محاكاة رقاقات الكم إلى تمكين الباحثين من فهم وظائفها وأدائها قبل التصنيع، وضمان عملها كما هو متوقع واكتشاف المشكلات المحتملة.

طور فريق البحث نموذجاً كهرومغناطيسياً باستخدام أداة النمذجة الإكسا سكيل ARTEMIS، لنمذجة الرقاقة وتحسينها. صُممت الرقاقة بالتعاون بين مختبر Quantum Nanoelectronics Lab في جامعة University of California, Berkeley ومنصة Advanced Quantum Testbed في Berkeley Lab. وقال الباحث في المشروع Ikujiro Nonaka: «يتوقع النموذج الحسابي كيف تؤثر قرارات التصميم على انتشار الموجات الكهرومغناطيسية داخل الرقاقة، لضمان اقتران الإشارات بشكل صحيح وتجنب التداخل المتبادل». خلال عملية المحاكاة، قسم الفريق الرقاقة إلى 11 مليار وحدة شبكية، وأجرى أكثر من مليون خطوة زمنية في غضون 7 ساعات، وتقييم ثلاثة تكوينات للدوائر.

أشار البروفيسور Yao إلى أن هذه الطريقة التي تجمع بين التصميم الفيزيائي والمحاكاة في الوقت الفعلي حاسمة، لأنها تأخذ في الاعتبار السلوكيات غير الخطية وتوفر قدرة فريدة من نوعها. لم تُراقب المحاكاة التفاصيل الفيزيائية للرقاقة فحسب، بل محاكاة كيفية تواصل البتات الكمومية مع بعضها البعض ومع أجزاء أخرى من الدائرة، مما يوفر فهماً كمياً لتصميم رقاقات الكم. في المستقبل، يخطط الفريق لإجراء المزيد من المحاكاة لفهم دور الرقاقة في الأنظمة الأكبر، ويتطلع إلى مقارنة نتائج المحاكاة بالعالم الواقعي للتحقق من دقة النموذج. أكد Ikufumi Nonaka والبروفيسور Yao أن هذه المحاكاة الدقيقة للغاية تعود إلى التعاون الوثيق بين أقسام جامعة Berkeley المختلفة، التي قدمت الدعم من القدرات الحوسبية إلى الخبرات المتخصصة.