Η προσομοίωση των μικρότερων λεπτομερειών ενός εξαιρετικά πολύπλοκου κβαντικού τσιπ που σχεδιάστηκε με το όργανο Artemis exscale απαιτούσε σχεδόν όλη την ισχύ του υπερυπολογιστή Perlmutter. Οι ερευνητές του έργου QSA, επιστήμονες από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley και το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, χρησιμοποίησαν σχεδόν όλες τις 7,168 GPU της Nvidia κατά τη διάρκεια 24 ωρών για να περιγράψουν τη δομή και τη λειτουργία ενός πολυστρωματικού τσιπ που είναι μόλις 10 τετραγωνικά χιλιοστά και πάχος 0.3 χιλιοστά, με χάραξη πλάτους μόλις ενός μικρού.

«Δοκιμάσαμε το τσιπ σε 11 δισεκατομμύρια τμήματα πλέγματος. Μπορέσαμε να ολοκληρώσουμε περισσότερους από ένα εκατομμύριο κύκλους ρολογιού σε επτά ώρες, γεγονός που μας επέτρεψε να αξιολογήσουμε τρεις διαμορφώσεις κυκλωμάτων στο Perlmutter σε μια μέρα. Τέτοιες προσομοιώσεις δεν θα ήταν δυνατές σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα χωρίς τη χρήση ολόκληρου του συστήματος», δήλωσε ο Andy Nonaka, ένας από τους ερευνητές. «Το υπολογιστικό μοντέλο προβλέπει πώς οι αποφάσεις σχεδιασμού επηρεάζουν τη διάδοση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο τσιπ», είπε ο Nonaka, «για να διασφαλιστεί ότι τα σήματα αλληλεπιδρούν σωστά και να αποφευχθεί η ανεπιθύμητη αλληλεπίδραση».

Αυτό το επίπεδο λεπτομέρειας κάνει αυτή την προσομοίωση μοναδική. Η χρήση GPU Perlmutter έδωσε στους επιστήμονες την υπολογιστική ισχύ που χρειάζονταν για να μελετήσουν τις φυσικές λεπτομέρειες και να δείξουν πώς λειτουργεί ο μηχανισμός του τσιπ.

«Κάνουμε μοντελοποίηση πλήρους κύματος σε φυσικό επίπεδο, πράγμα που σημαίνει ότι μας ενδιαφέρει τι υλικό χρησιμοποιείται στο τσιπ, πώς είναι τοποθετημένο, πώς συνδέονται τα μεταλλικά σύρματα, αν είναι νιόβιο ή άλλο μέταλλο, πώς κατασκευάζονται τα αντηχεία και ποιο είναι το μέγεθος, το σχήμα και το υλικό τους», είπε ο Yao Zhi, συνάδελφος του Nonak. «Αυτές οι φυσικές λεπτομέρειες είναι σημαντικές για εμάς και τις ενσωματώνουμε στο μοντέλο μας».

Εκτός από μια λεπτομερή αναπαράσταση του τσιπ, το μοντέλο προσομοίωσε την αλληλεπίδραση των qubits μεταξύ τους και με άλλα μέρη του κβαντικού κυκλώματος. Ο συνδυασμός αυτών των ιδιοτήτων - ο φυσικός σχεδιασμός του τσιπ και η δυνατότητα προσομοίωσης σε πραγματικό χρόνο - είναι επίσης ένα σημαντικό χαρακτηριστικό γνώρισμα του έργου.

Στο μέλλον, η ομάδα σχεδιάζει να πραγματοποιήσει περισσότερες προσομοιώσεις για να κατανοήσει καλύτερα τον σχεδιασμό των κβαντικών κυκλωμάτων και να δει πώς λειτουργούν ως μέρος μεγαλύτερων συστημάτων. «Θα θέλαμε να δούμε πώς αντηχεί το qubit με το υπόλοιπο κύκλωμα. Στον τομέα της συχνότητας, θα θέλαμε να το συγκρίνουμε με άλλες προσομοιώσεις στον τομέα της συχνότητας για να έχουμε μεγαλύτερη εμπιστοσύνη ότι το μοντέλο είναι ποσοτικά σωστό», είπε ο Yao.

Πρόσφατα, η τεχνητή νοημοσύνη συνέβαλε καθοριστικά στη μελέτη της θεωρίας της κβαντικής πολυπλοκότητας. Οι συγγραφείς του άρθρου απέδειξαν ότι οι μέθοδοι μείωσης σφαλμάτων στο πρόβλημα Merlin-Arthur (QMA) - η κβαντική έκδοση του NP στην κλασική θεωρία πολυπλοκότητας - προσκρούουν σε ένα ανυπέρβλητο εμπόδιο.