تیم‌های جهانی بر طراحی رایانه‌های کوانتومی در مقیاس کوچک مسلط شده‌اند و تلاش‌ها را برای مقیاس‌بندی پلتفرم‌ها با کیوبیت‌های افزوده برای قدرت محاسباتی افزایش یافته و تقویت‌کننده‌های کوانتومی برای بهبود وفاداری سرعت می‌بخشند. با این حال، مقیاس‌پذیری سیستم‌های کوانتومی، پیچیدگی طراحی را فراتر از قابلیت‌های جریان‌های کاری طراحی کوانتومی معمولی افزایش می‌دهد. این گردش‌های کاری، با تکیه بر ابزارهای نقطه‌ای جداگانه برای کارهایی مانند شماتیک، طرح‌بندی، شبیه‌سازی الکترومغناطیسی و اسکریپت‌های پایتون سفارشی برای یکپارچه‌سازی، چالش‌هایی را برای مدیریت کارآمد ایجاد می‌کنند. Keysight QuantumPro دقیقاً به موقع می رسد و یک گردش کار یکپارچه برای طراحی رایانه های کوانتومی ابررسانا به ارمغان می آورد.

رفتن به جایی که فوتون ها می روند با بازدهی بهتر

چرا طراحی کوانتومی نباید بیشتر شبیه طراحی تلفن همراه باشد؟ رشته‌های RF و دیجیتال دارای ابزارهای EDA برای ایجاد چیدمان‌های چیپ، بسته و برد، کاوش در هر بخش از طراحی، انجام تنظیمات مبتنی بر داده و شبیه‌سازی مجدد از سطح مدار به سطح سیستم برای بهینه‌سازی در یک گردش کار یکپارچه هستند. 

«رفتن به جایی که فوتون‌ها می‌روند» برای رایانه‌های کوانتومی (شکل 1) یک تفاوت اساسی برای طراحان کوانتومی دارد: روش‌های گامی و تکراری کار را تمام نمی‌کنند. عملیات کوانتومی موفق به انتخاب‌های طراحی دقیقی متکی است که فرکانس‌های تشدید منحصربه‌فردی را در داخل و بین کیوبیت‌های مجاور ایجاد می‌کند – همپوشانی دو یا چند فرکانس تشدید منجر به نتایج جفت متقابل غیرقابل پیش‌بینی و شکست تسلیم می‌شود، که اغلب در آزمایش‌های برودتی نمونه اولیه کشف می‌شود. طراحان کوانتومی همچنین باید نگران نویز در دماهای برودتی، اندوکتانس جنبشی، اثرات تقویت کننده کوانتومی غیرخطی و غیره باشند.

شکل 1. مقایسه وظایف طراحی، مدل‌سازی و تحلیل بین طراحی RF و طراحی کوانتومی

مدل‌سازی کارآمد در سطح سیستم و کاوش طراحی مجازی برای کاهش خطرات و هزینه‌های مرتبط با شکست‌های بالقوه بسیار مهم هستند. طراحان کوانتومی باتجربه می‌توانند با استفاده از ابزارها و اسکریپت‌های مختلف، گردش‌های کاری نیمه خودکار ایجاد کنند، که وقتی همه چیز طبق برنامه پیش می‌رود، به آرامی کار می‌کنند. با این حال، رویارویی با مشکلات منجر به یک فرآیند دست و پا گیر از حلقه برگشتی، اجرای مجدد اسکریپت ها، تنظیم فرمت ها، و به طور بالقوه ایجاد خطا می شود، و زمان طراحی ارزشمند را مصرف می کند.

استخراج خودکار پارامترهای کوانتومی با استفاده از روش های مختلف

QuantumPro پنج تابع (شکل 2) را در یک بسته ساخته شده بر روی سیستم طراحی پیشرفته Keysight (ADS) برای طراحی یکپارچه کیوبیت‌های ابررسانا و تقویت‌کننده‌های کوانتومی ادغام می‌کند. با شروع با یک رابط شماتیک، کاربران می‌توانند بدون زحمت اجزاء را از آثار هنری کوانتومی داخلی بکشند و رها کنند. طرح‌بندی‌ها را می‌توان به‌طور خودکار از طرح‌واره‌ها تولید کرد، و سپس شبیه‌سازی الکترومغناطیسی در QuantumPro با استخراج خودکار پارامترهای کوانتومی انجام می‌شود. 

شکل 2. پنج عملکرد به طور یکپارچه در گردش کار QuantumPro یکپارچه شده است

طراحان با دسترسی به حل کننده های الکترومغناطیسی متعدد در QuantumPro به نتایج اعتماد می کنند. تجزیه و تحلیل کامل EM روش المان محدود (FEM) و روش لنگرها (MoM) را اجرا می کند، فرکانس فراگیر و تولید پارامترهای S در پورت های ورودی و خروجی. MoM فقط جریان های روی سطح فلز را به جای حجم سه بعدی حل می کند و هزینه های محاسباتی را کاهش می دهد. تجزیه و تحلیل مشارکت انرژی امکان یافتن حالت های ویژه سیستم را با استفاده از حل کننده FEM فراهم می کند. نتایج حاصل از این تحلیل‌ها به استخراج خودکار پارامترهای کوانتومی با روش‌های شبه استاتیک، کوانتیزه‌سازی جعبه سیاه و نسبت مشارکت انرژی (EPR) منتقل می‌شوند. 

کاربران QuantumPro می‌توانند نتایج استخراج پارامترهای کوانتومی را در همان رابط کاربری که طرح‌بندی‌ها و طرح‌بندی‌ها وجود دارد، ببینند و مقایسه کنند، تغییرات لازم را اعمال کنند و استخراج‌ها را دوباره اجرا کنند. کاربران همچنین می‌توانند گردش کار و رابط کاربری خود را با استفاده از اسکریپت‌های پایتون سفارشی کنند (شکل 3)، که جهش را از هر گردش کار کوانتومی نیمه خودکار قبلی آسان‌تر می‌کند.

شکل 3. برنامه نویسی پایتون به کاربران کمک می کند تا محیط QuantumPro را سفارشی کنند

همگام با فناوری های نوظهور طراحی کوانتومی

توسعه‌دهندگان Keysight در حال حاضر روی دو محصول جدید در طراحی کوانتومی پیشرفته کار می‌کنند: 

• فناوری کوانتومی چند لایه، مقیاس کیوبیت ها با قرار دادن تراشه به صورت عمودی در همان ردپا، 
• تقویت‌کننده‌های پارامتریک موج سفر جوزفسون (JTWPA)، با عناصری که در امتداد یک مسیر پر پیچ و خم قرار گرفته‌اند.

هر دو چالش های منحصر به فردی را با ساختارهای بزرگتر و مدل های پیچیده تر ارائه می دهند. طرح‌بندی‌های چندلایه در QuantumPro پشتیبانی می‌شوند و ما به تازگی ADS2024U2 را با اجزای هنری کوانتومی جدید منتشر کرده‌ایم که به طراحان در چیدمان JTWPA کمک می‌کند (شکل 4).

شکل 4. نمونه‌هایی از فناوری کوانتومی چند لایه (چپ) و طرح‌بندی JTWPA (راست) در ADS

مقیاس پذیری کامپیوتر کوانتومی در نهایت به قابلیت پیش بینی طراحی بستگی دارد. گردش کار خودکار و بدون درز طراحی کوانتومی در QuantumPro تمرکز تلاش ها را برای ایجاد طرح های بهینه سازی شده، قابل پیش بینی کیوبیت و تقویت کننده کوانتومی به جای مدیریت چندین ابزار EDA و تبدیل آسان تر می کند. طراحان کوانتومی فعلی و آینده نگر می توانند بیشتر به صورت آنلاین بیاموزند:

EDA کوانتومی: چرخه‌های طراحی سریع‌تر کیوبیت‌های ابررسانا

W3037E PathWave QuantumPro

دسته بندی ها:
امنیت سایبری, شبکه, محاسبات کوانتومی, حمایت مالی

برچسب ها:
دیدگاه اصلی, محمد حسن, Quantum Pro

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/automated-quantum-design-workflow-handles-higher-complexity-by-mohamed-hassan-keysight-technologies/