Nahtlose Entwicklung

Keysight Technologies stellt QuantumPro vor, das erste integrierte elektromagnetische (EM) Design- und Simulations-Tool der EDA-Branche, das auf die nahtlose Entwicklung von Quantencomputern auf Basis supraleitender Qubits zugeschnitten ist, sowie einen entsprechenden Workflow. Die QuantumPro-Lösung vereint fünf wesentliche Funktionen in der Advanced Design System (ADS) 2024 Plattform: Schaltplan-Design, Layout-Erstellung, elektromagnetische (EM) Analyse, nichtlineare Schaltungssimulation und Quantenparameter-Extraktion.

Klassische Mikrowellenentwickler waren bisher nur begrenzt in der Lage, sich mit Quanten-Designs zu befassen. Die Entwicklung supraleitender Qubits erforderte in der Regel langwierige und teure Entwicklungszyklen sowie die Schwierigkeit, sich in verschiedenen Tools zurechtzufinden.

QuantumPro vereint die Bereiche der Quanten- und Mikrowellentechnik, indem es herkömmliche Mikrowellenergebnisse auf intelligente Weise in leicht einstellbare Quantenparameter innerhalb der ADS-Plattform übersetzt. Mit QuantumPro können Entwickler ihre Quantenschaltungen mühelos feinabstimmen und die Markteinführungszeit ihrer Chips und Systeme beschleunigen.

Zu den wichtigsten Merkmalen der Design- und Simulationslösung QuantumPro gehören:

• Beschleunigt die Entwicklung von Quantenchips durch einen kostengünstigen elektromagnetischen Simulationsansatz, der auf MOM (Method of Moments) basiert. Der nichtlineare Schaltungslöser liefert eine umfassende Analyse der leistungsabhängigen Leistungsfähigkeit von Quantenchips.
• Anstatt das elektrische Feld im gesamten Volumen zu lösen, löst MOM nur die Ströme auf der Metalloberfläche, wodurch die Rechenkosten erheblich gesenkt werden. Ermöglicht die nahtlose Abstimmung von Qubits und Resonatoren durch Co-Simulation und parametrische Analyse.
• Vereinfacht das Design von Quantenverstärkern, den kritischen Blöcken in den Ausgangsketten von Quantensystemen, die die Auslesetreue verbessern, unter Verwendung einer nichtlinearen Schaltungsdesignumgebung (Harmonic Balance und X-Parameter). Der Harmonic Balance Solver ermöglicht das Design von Verstärkern mit wenigen bis hin zu Tausenden von Josephson-Übergängen und liefert eine detaillierte Analyse der Verstärkerleistung, einschließlich Verstärkungsprofil, Verstärkungsrippel, Mischprodukte, Quanteneffizienz und Verstärkungskompression. ADS unterstützt die Untersuchung der Leistung des Verstärkers, wenn er mit anderen Blöcken wie Zirkulatoren kaskadiert wird, und ermöglicht so eine gründliche Untersuchung seiner Gesamtfunktionalität.
• Enthält eine Bibliothek von Quanten-Layout-Komponenten in ADS, die zahlreiche häufig verwendete Quanten-Designs wie Transmons und Mäanderline-Resonatoren mit koplanarem Wellenleiter (CPW) umfassen. Erleichtert die Erstellung von Quantenchips innerhalb der ADS-Layoutumgebung, wobei jedes geometrische Merkmal des Chips als parametrisiertes Objekt dargestellt wird, das leicht angepasst und optimiert werden kann. Die CPW-Komponenten in der Bibliothek verfügen über integrierte Luftbrücken, die eine entscheidende Rolle bei der Verhinderung der Ausbreitung des CPW-Gleichtakts spielen.

Qilimanjaro Quantum Tech, gegründet 2019, ist ein früher QuantumPro-Anwender, der plant, Cloud-Zugang zu seinen Quantencomputern anzubieten. Das Unternehmen entwickelt schnell vermarktbare, anwendungsspezifische analoge Quantencomputer durch Co-Design von Chips und Algorithmen, um die Fragilitätsbarriere der Qubits zu umgehen. Qilimanjaro nutzt die jüngsten technologischen Entwicklungen im Quantencomputing auf der Grundlage supraleitender Qubits, um einen analogen Quantenprozessor zu entwickeln, der den Kunden einen Quantenvorteil verschafft. Um sein volles Potenzial zu entfalten, werden die analogen Quantenchips mit langkohärenten supraleitenden Flux-Qubits, reinen Quantenwechselwirkungen und einer dichten Qubit-Konnektivität kombiniert, was die Rechenleistung erhöht. Der Quantenansatz von Qilimanjaro vermeidet die hohen Fehlerkorrekturanforderungen von Gate-basierten Systemen.

Albert Solana, Chief Business Officer, Qilimanjaro: „Wir haben nach einer Qubit-EDA-Lösung gesucht, die etablierte Prinzipien für Mikrowellenentwickler nutzt. Wir haben uns für Keysight QuantumPro entschieden, weil es einen kompletten Arbeitsablauf von der Eingabe des Designs über das Layout bis hin zur Analyse und Extraktion bietet. Das Tool ist einfach zu bedienen und bietet uns alles, was wir für die Entwicklung unserer kommenden Chips benötigen.”

Chris Mueth, Senior Director of Emerging Markets, Keysight EDA: „QuantumPro ist die erste elektromagnetische Design-Umgebung der EDA-Branche, die einen kompletten Workflow für die Entwicklung supraleitender Qubits bietet. Das Tool bietet hohe Präzision durch seine 3D-EM-Simulatoren, die sowohl die Finite-Elemente-Methode (FEM) für Frequenzbereich und Eigenmode als auch MOM für die Frequenzbereichsanalyse umfassen. Die automatisierte Extraktion von Quantenparametern aus Frequenzbereichs- und Eigenmode-Lösungen ermöglicht eine einfache Optimierung mit integriertem Python-Skripting. QuantumPro verbessert auch den EM-Workflow für die Modellierung der kinetischen Induktivität.”

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