By 게스트 작성자 게시일: 16년 2024월 XNUMX일
글로벌 팀은 소규모 양자 컴퓨터 설계를 마스터했으며 향상된 계산 성능을 위한 큐비트와 향상된 충실도를 위한 양자 증폭기를 추가하여 플랫폼을 확장하려는 노력을 가속화하고 있습니다. 그러나 양자 시스템을 확장하면 일반적인 양자 설계 워크플로우의 기능 이상으로 설계 복잡성이 높아집니다. 회로도, 레이아웃, 전자기 시뮬레이션, 통합을 위한 사용자 정의 Python 스크립트와 같은 작업을 위해 별도의 포인트 도구를 사용하는 이러한 워크플로우는 효율적인 관리에 대한 과제를 제시합니다. Keysight QuantumPro는 적시에 출시되어 초전도 양자 컴퓨터 설계를 위한 통합 워크플로를 제공합니다.
더 나은 수율로 광자가 가는 곳으로 이동
양자 디자인이 휴대폰 디자인과 더 비슷해 보여서는 안 되는 이유는 무엇입니까? RF 및 디지털 분야에는 칩, 패키지 및 보드 레이아웃을 생성하고, 설계의 모든 부분을 탐색하고, 데이터 기반 조정을 수행하고, 하나의 원활한 워크플로에서 최적화를 위해 회로에서 시스템 수준으로 다시 시뮬레이션하는 EDA 도구가 있습니다.
양자 컴퓨터의 "광자가 가는 방향으로 이동"(그림 1)은 양자 설계자에게 한 가지 중요한 차이점을 제공합니다. 단계 및 복제 방법은 작업을 완료하지 못합니다. 성공적인 양자 작업은 인근 큐비트 내 및 큐비트 사이에 고유한 공명 주파수를 생성하는 정밀한 설계 선택에 의존합니다. 두 개 이상의 공명 주파수가 겹치면 예측할 수 없는 교차 결합 결과와 수율 오류가 발생하며 프로토타입 극저온 테스트에서 종종 어려운 방식으로 발견됩니다. 양자 설계자는 극저온에서의 잡음, 운동 인덕턴스, 비선형 양자 증폭기 효과 등도 걱정해야 합니다.
그림 1. RF 설계와 양자 설계 간 설계, 모델링, 분석 작업 비교
효율적인 시스템 수준 모델링과 가상 설계 탐색은 잠재적인 수율 실패와 관련된 위험과 비용을 완화하는 데 중요합니다. 숙련된 양자 설계자는 다양한 도구와 스크립트를 사용하여 모든 것이 계획대로 진행될 때 원활하게 작동하는 반자동 워크플로를 만들 수 있습니다. 그러나 문제가 발생하면 루프백, 스크립트 재실행, 형식 조정, 잠재적으로 오류 발생 등의 번거로운 프로세스가 발생하여 귀중한 디자인 시간이 소모됩니다.
다양한 방법을 이용한 자동화된 양자 매개변수 추출
QuantumPro는 초전도 큐비트 및 양자 증폭기의 원활한 설계를 위해 키사이트 ADS(Advanced Design System)를 기반으로 구축된 번들에 2가지 기능(그림 XNUMX)을 통합합니다. 도식적 인터페이스부터 시작하여 사용자는 내장된 양자 아트웍에서 구성 요소를 쉽게 끌어서 놓을 수 있습니다. 레이아웃은 회로도에서 자동으로 생성될 수 있으며, 자동 양자 매개변수 추출을 통해 QuantumPro에서 전자기 시뮬레이션이 수행됩니다.
그림 2. QuantumPro 워크플로에 완벽하게 통합된 5가지 기능
설계자는 QuantumPro의 여러 전자기 솔버에 액세스하여 결과에 대한 확신을 얻을 수 있습니다. 전체 EM 분석은 유한요소법(FEM)과 모멘트법(MoM) 솔버를 실행하여 주파수를 스위핑하고 입력 및 출력 포트에서 S-파라미터를 생성합니다. MoM은 3D 볼륨 대신 금속 표면의 전류만 해결하므로 계산 비용이 대폭 절감됩니다. 에너지 참여 분석을 통해 FEM 솔버를 사용하여 시스템 고유 모드를 찾을 수 있습니다. 이러한 분석의 결과는 준정적, 블랙박스 양자화 및 에너지 참여 비율(EPR) 방법을 사용하여 자동화된 양자 매개변수 추출로 이동합니다.
QuantumPro 사용자는 회로도와 레이아웃이 존재하는 동일한 사용자 인터페이스에서 양자 매개변수 추출 결과를 보고 비교할 수 있으며, 필요한 변경을 수행하고 추출을 즉시 다시 실행할 수 있습니다. 또한 사용자는 Python 스크립트(그림 3)를 사용하여 워크플로와 사용자 인터페이스를 사용자 지정할 수 있으므로 이전의 반자동 양자 워크플로에서 더 쉽게 도약할 수 있습니다.
그림 3. Python 스크립팅은 사용자가 QuantumPro 환경을 사용자 정의하는 데 도움이 됩니다.
새로운 양자 설계 기술에 발맞추기
키사이트 개발자들은 이미 최첨단 양자 설계 분야에서 최근에 나온 두 가지 기술을 개발하고 있습니다.
- 동일한 설치 공간에 칩을 수직으로 배치하여 큐비트를 확장하는 다층 양자 기술,
- 조밀한 구불구불한 경로를 따라 배열된 요소를 갖춘 Josephson 진행파 파라메트릭 증폭기(JTWPA).
둘 다 더 큰 구조와 더 복잡한 모델에 대한 고유한 과제를 제공합니다. QuantumPro에서는 다층 레이아웃이 지원되며 JTWPA 레이아웃에서 디자이너를 지원하는 새로운 양자 아트워크 구성 요소가 포함된 ADS2024U2를 출시했습니다(그림 4).
그림 4. ADS의 다층 양자 기술(왼쪽) 및 JTWPA 레이아웃(오른쪽)의 예
양자 컴퓨터 확장성은 궁극적으로 설계 예측 가능성에 달려 있습니다. QuantumPro의 원활하고 자동화된 양자 설계 워크플로를 사용하면 여러 EDA 도구 및 변환을 관리하는 대신 최적화되고 예측 가능한 큐비트 및 양자 증폭기 설계를 만드는 데 더 쉽게 노력을 집중할 수 있습니다. 현재 및 미래의 양자 설계자는 온라인에서 자세한 내용을 알아볼 수 있습니다.
Quantum EDA: 초전도 큐비트의 더 빠른 설계 주기
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- 출처: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/automated-quantum-design-workflow-handles-higher-complexity-by-mohamed-hassan-keysight-technologies/
