By Auteur invité posté le 16 avril 2024
Des équipes mondiales maîtrisent la conception d’ordinateurs quantiques à petite échelle et accélèrent leurs efforts pour faire évoluer les plates-formes avec des qubits supplémentaires pour une puissance de calcul améliorée et des amplificateurs quantiques pour une fidélité améliorée. Pourtant, la mise à l’échelle des systèmes quantiques accroît la complexité de la conception au-delà des capacités des flux de travail de conception quantique classiques. Ces flux de travail, qui s'appuient sur des outils ponctuels distincts pour des tâches telles que les schémas, la mise en page, la simulation électromagnétique et les scripts Python personnalisés pour l'intégration, présentent des défis pour une gestion efficace. Keysight QuantumPro arrive juste à temps, apportant un flux de travail intégré pour la conception d'ordinateurs quantiques supraconducteurs.
Aller là où vont les photons avec un meilleur rendement
Pourquoi la conception quantique ne devrait-elle pas ressembler davantage à la conception de téléphones portables ? Les disciplines RF et numériques disposent d'outils EDA pour créer des configurations de puces, de boîtiers et de cartes, explorer chaque partie d'une conception, effectuer des ajustements basés sur les données et resimuler du niveau du circuit au niveau du système pour une optimisation dans un flux de travail transparent.
« Aller là où vont les photons » pour les ordinateurs quantiques (Figure 1) présente une différence cruciale pour les concepteurs quantiques : les méthodes par étapes et par répétitions ne terminent pas le travail. Les opérations quantiques réussies reposent sur des choix de conception précis qui créent des fréquences de résonance uniques au sein et entre les qubits proches – le chevauchement de deux ou plusieurs fréquences de résonance conduit à des résultats de couplage croisé imprévisibles et à un échec de rendement, souvent découverts à la dure lors des tests cryogéniques de prototypes. Les concepteurs quantiques doivent également se soucier du bruit aux températures cryogéniques, de l’inductance cinétique, des effets d’amplificateur quantique non linéaire, etc.
Figure 1. Comparaison des tâches de conception, de modélisation et d'analyse entre la conception RF et la conception quantique
Une modélisation efficace au niveau du système et une exploration de la conception virtuelle sont essentielles pour atténuer les risques et les coûts associés aux échecs potentiels de rendement. Les concepteurs quantiques expérimentés peuvent créer des flux de travail semi-automatisés à l'aide de divers outils et scripts, qui fonctionnent correctement lorsque tout se passe comme prévu. Cependant, rencontrer des problèmes entraîne un processus fastidieux de bouclage, de réexécution des scripts, d'ajustement des formats et potentiellement d'introduction d'erreurs, ce qui prend un temps de conception précieux.
Extraction automatisée de paramètres quantiques à l'aide de diverses méthodes
QuantumPro intègre cinq fonctions (Figure 2) dans un ensemble basé sur Keysight Advanced Design System (ADS) pour la conception transparente de qubits supraconducteurs et d'amplificateurs quantiques. En commençant par une interface schématique, les utilisateurs peuvent facilement glisser-déposer des composants à partir des œuvres d’art quantiques intégrées. Les mises en page peuvent être générées automatiquement à partir de schémas, puis une simulation électromagnétique est effectuée dans QuantumPro avec extraction automatique des paramètres quantiques.
Figure 2. Cinq fonctions parfaitement intégrées au flux de travail QuantumPro
Les concepteurs gagnent en confiance dans les résultats grâce à l’accès à plusieurs solveurs électromagnétiques dans QuantumPro. L'analyse EM complète exécute les solveurs de la méthode des éléments finis (FEM) et de la méthode des moments (MoM), balayant la fréquence et produisant des paramètres S au niveau des ports d'entrée et de sortie. Le MoM résout uniquement les courants sur la surface métallique plutôt que sur un volume 3D, réduisant ainsi les coûts de calcul. Une analyse de participation énergétique permet de trouver les modes propres du système à l'aide du solveur FEM. Les résultats de ces analyses sont transférés vers l'extraction automatisée de paramètres quantiques avec des méthodes quasi-statiques, de quantification par boîte noire et de taux de participation énergétique (EPR).
Les utilisateurs de QuantumPro peuvent voir et comparer les résultats d'extraction de paramètres quantiques dans la même interface utilisateur où les schémas et les présentations existent, apporter les modifications nécessaires et réexécuter les extractions immédiatement. Les utilisateurs peuvent également personnaliser leur flux de travail et leur interface utilisateur à l'aide de scripts Python (Figure 3), facilitant ainsi le passage à un flux de travail quantique semi-automatisé précédent.
Figure 3. Les scripts Python aident les utilisateurs à personnaliser l'environnement QuantumPro
Suivre le rythme des technologies émergentes de conception quantique
Les développeurs de Keysight travaillent déjà sur deux nouveautés récentes en matière de conception quantique de pointe :
- Technologie quantique multicouche, mettant à l'échelle les qubits en disposant la puce verticalement dans la même empreinte,
- Amplificateurs paramétriques à ondes progressives Josephson (JTWPA), avec des éléments disposés le long d'un chemin sinueux serré.
Les deux proposent des défis uniques avec des structures plus grandes et des modèles plus complexes. Les mises en page multicouches sont prises en charge dans QuantumPro et nous venons de publier ADS2024U2 avec de nouveaux composants d'illustration quantique qui aideront les concepteurs dans la mise en page des JTWPA (Figure 4).
Figure 4. Exemples de technologie quantique multicouche (à gauche) et de disposition JTWPA (à droite) dans ADS
L’évolutivité des ordinateurs quantiques dépendra en fin de compte de la prévisibilité de la conception. Le flux de travail de conception quantique transparent et automatisé de QuantumPro permet de concentrer plus facilement les efforts sur la création de conceptions de qubits et d'amplificateurs quantiques optimisées et prévisibles au lieu de gérer plusieurs outils et conversions EDA. Les concepteurs quantiques actuels et potentiels peuvent en savoir plus en ligne :
EDA quantique : cycles de conception plus rapides de qubits supraconducteurs
- Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
- PlatoData.Network Ai générative verticale. Autonomisez-vous. Accéder ici.
- PlatoAiStream. Intelligence Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
- PlatonESG. Carbone, Technologie propre, Énergie, Environnement, Solaire, La gestion des déchets. Accéder ici.
- PlatoHealth. Veille biotechnologique et essais cliniques. Accéder ici.
- La source: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/automated-quantum-design-workflow-handles-higher-complexity-by-mohamed-hassan-keysight-technologies/
