Pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e da Universidade da Califórnia em Berkeley utilizaram o supercomputador Perlmutter, do Centro Nacional de Pesquisa Científica em Energia (NERSC), para concluir uma simulação inédita e altamente detalhada de um microchip quântico. A simulação empregou mais de 7.000 GPUs NVIDIA para realizar uma modelagem eletromagnética completa de um microchip de apenas 10 milímetros por lado e 0,3 milímetro de espessura. O objetivo da simulação do chip quântico é permitir que os pesquisadores compreendam suas funções e desempenho antes da fabricação, garantindo seu funcionamento conforme o esperado e identificando possíveis problemas.
A equipe desenvolveu um modelo eletromagnético utilizando a ferramenta de modelagem em escala exaflópica ARTEMIS, que permitiu modelar e otimizar o chip. O microchip foi projetado em colaboração entre o Laboratório de Nanoeletrônica Quântica da UC Berkeley e a Plataforma Avançada de Testes Quânticos do Berkeley Lab. “O modelo computacional prevê como as decisões de projeto afetam a propagação de ondas eletromagnéticas dentro do chip”, explicou o pesquisador do projeto, Yukijiro Nonaka, “garantindo o acoplamento correto do sinal e evitando interferências”. Durante a simulação, a equipe discretizou o chip em 11 bilhões de células de malha, executando mais de um milhão de passos de tempo em apenas sete horas e avaliando três configurações de circuito.
O professor Yao destacou que essa abordagem, que combina design físico e capacidade de simulação em tempo real, é essencial, pois considera comportamentos não lineares e oferece uma capacidade única. A simulação não apenas analisou os detalhes físicos do chip, mas também modelou como os qubits se comunicam entre si e com outras partes do circuito, fornecendo uma compreensão quantitativa para o design de chips quânticos. Na próxima etapa, a equipe pretende realizar mais simulações para entender o papel do chip em sistemas maiores e espera comparar os resultados com experimentos reais para validar a precisão do modelo. Nonaka e o professor Yao enfatizaram que uma simulação tão detalhada só foi possível graças à estreita colaboração entre diversos departamentos da UC Berkeley, que contribuíram com poder computacional e conhecimento especializado para o projeto.
