By 访客作者 16 年 2024 月 XNUMX 日发布
全球团队已经掌握了小型量子计算机设计，并正在加紧努力扩展平台，添加量子位以增强计算能力，并使用量子放大器来提高保真度。然而，扩大量子系统的规模会增加设计的复杂性，超出了典型量子设计工作流程的能力。这些工作流程依赖于单独的单点工具来完成原理图、布局、电磁仿真和用于集成的自定义 Python 脚本等任务，这给高效管理带来了挑战。 Keysight QuantumPro 恰逢其时，为超导量子计算机的设计带来了集成的工作流程。
去光子去的地方，产量更高
为什么量子设计不应该看起来更像手机设计？ RF 和数字学科拥有 EDA 工具来创建芯片、封装和电路板布局，探索设计的每个部分，进行基于数据的调整，并在一个无缝工作流程中从电路级到系统级重新仿真以进行优化。
对于量子设计者来说，量子计算机“走到光子去的地方”（图 1）有一个关键的区别：分步和复制方法无法完成工作。成功的量子操作依赖于精确的设计选择，这些设计选择在附近的量子位内部和之间创建独特的共振频率——重叠两个或多个共振频率会导致不可预测的交叉耦合结果和良率失败，这通常是在原型低温测试中很难发现的。量子设计人员还必须担心低温下的噪声、动感电感、非线性量子放大器效应等。
图1。 比较射频设计和量子设计之间的设计、建模和分析任务
高效的系统级建模和虚拟设计探索对于降低与潜在良率失败相关的风险和成本至关重要。经验丰富的量子设计师可以使用各种工具和脚本创建半自动化工作流程，当一切按计划进行时，工作流程会顺利进行。然而，遇到问题会导致循环返回、重新运行脚本、调整格式的繁琐过程，并可能引入错误，从而消耗宝贵的设计时间。
使用各种方法自动提取量子参数
QuantumPro 在基于是德科技先进设计系统 (ADS) 构建的捆绑包中集成了五种功能（图 2），用于超导量子位和量子放大器的无缝设计。从原理图界面开始，用户可以轻松地从内置量子艺术品中拖放组件。可以从原理图自动生成布局，然后在 QuantumPro 中进行电磁仿真，并自动提取量子参数。
图2。 五种功能无缝集成到 QuantumPro 工作流程中
设计人员通过访问 QuantumPro 中的多个电磁求解器对结果充满信心。 Full EM Analysis 运行有限元法 (FEM) 和矩量法 (MoM) 求解器，扫描频率并在输入和输出端口生成 S 参数。 MoM 仅求解金属表面上的电流，而不是 3D 体积上的电流，从而大幅削减了计算成本。能量参与分析允许使用 FEM 求解器查找系统本征模。这些分析的结果进入使用准静态、黑盒量化和能量参与比 (EPR) 方法的自动量子参数提取。
QuantumPro 用户可以在存在原理图和布局的同一用户界面中查看和比较量子参数提取结果，进行必要的更改，并立即重新运行提取。用户还可以使用 Python 脚本自定义其工作流程和用户界面（图 3），从而更轻松地跨越任何以前的半自动化量子工作流程。
图3。 Python 脚本帮助用户定制 QuantumPro 环境
跟上新兴量子设计技术的步伐
是德科技开发人员已经开始研究最新推出的两款尖端量子设计：
- 多层量子技术，通过在相同的占地面积中垂直放置芯片来扩展量子位，
- 约瑟夫森行波参量放大器 (JTWPA)，元件沿紧密蜿蜒的路径排列。
两者都对更大的结构和更复杂的模型提出了独特的挑战。 QuantumPro 支持多层布局，我们刚刚发布了带有新量子艺术组件的 ADS2024U2，它将帮助设计人员进行 JTWPA 布局（图 4）。
图4。 ADS 中的多层量子技术（左）和 JTWPA 布局（右）示例
量子计算机的可扩展性最终取决于设计的可预测性。 QuantumPro 中的无缝、自动化量子设计工作流程使您可以更轻松地将精力集中在创建优化的、可预测的量子位和量子放大器设计上，而不是管理多个 EDA 工具和转换。当前和未来的量子设计师可以在线了解更多信息：
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- Sumber: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/automated-quantum-design-workflow-handles-higher-complexity-by-mohamed-hassan-keysight-technologies/
