Weniger Abhängigkeit von kostspieligen kryogenen Tests Simulation von Keysight beschleunigt die Validierung supraleitender Quantensysteme

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Keysight Technologies gibt mit „Quantum System Analysis“ ein Tool bekannt, mit dem Entwickler von Quantensystemen diese auf Systemebene simulieren und optimieren können. Diese Electronic Design Automation (EDA) erweitert das Quantum-EDA-Portfolio des Herstellers, zu dem bereits „Quantum Layout“, „Quantum Pro EM“ und „Quantum Circuit Simulation“ gehören.

Laut Anbieter kommt diese Bekanntgabe zu einem entscheidenden Zeitpunkt für diesen Bereich, nach der Verleihung des Nobelpreises für Physik 2025. Hier wurden insbesondere die Fortschritte bei supraleitenden Quantenschaltungen gewürdigt wurden, einem Kernbereich der neuen Anwendung von Keysight.

Die Quantenanalyse auf Systemebene war lange Zeit eine Herausforderung, da es sehr komplex ist, verschiedene physikalische Bereiche – Elektromagnetik, Schaltkreise und Quantendynamik – in einer einheitlichen Simulationsumgebung zu integrieren. Herkömmliche Ansätze basieren laut Keysight oft auf fragmentierten Tools und wiederholten kryogenen Experimenten, die zeitraubend und kostspielig sind.

Quantum System Analysis von Keysight soll diese Lücke schließen, indem eine einheitliche Plattform bereitstellt wird, die eine frühzeitige Validierung von Quantensystemdesigns ermöglicht, Entwicklungszyklen verkürzt und die Zuverlässigkeit des Designs verbessert. Das Tool ermögliche es Forschern, den Quanten-Workflow von den ersten Design-Phasen bis hin zu Experimenten auf Systemebene zu simulieren, wodurch die Abhängigkeit von kostspieligen kryogenen Tests verringert und die Validierungszeit verkürzt werde, heißt es. Nichtsdestotrotz soll der integrierte Ansatz Simulationen von Quantenexperimenten unterstützen und Tools zur Optimierung der Eingangsleitungen von Misch-Kryostaten hinsichtlich thermischem Rauschen und Qubit-Temperaturberechnung umfassen.

Chris Mueth, Senior Director for New Markets bei Keysight, sagte: „Quantum System Analysis markiert die Vollendung eines wirklich einheitlichen Quanten-Design-Workflows, der die elektromagnetische und Schaltungsmodellierung nahtlos mit einer umfassenden Simulation auf Systemebene verbindet. Durch die Überbrückung dieser Bereiche entfällt die Notwendigkeit fragmentierter Toolchains und wiederholter kryogener Tests, was schnellere Innovationen und mehr Vertrauen in die Entwicklung von Quantensystemen ermöglicht.“

Zu Quantum System Analysis gehören:

• 1. der „Time Dynamics Simulator“: Damit modellieren Entwickler die zeitliche Entwicklung von Quantensystemen unter Verwendung von so genannten Hamilton-Operatoren, die aus elektromagnetischen oder Schaltungssimulationen abgeleitet werden. Das ermöglicht eine genaue Simulation von Quantenexperimenten wie „Rabi“- und „Ramsey“-Pulsing und hilft Forschern, das Verhalten von Qubits im Laufe der Zeit zu verstehen.

• 2. Der „Dilution Fridge Input Line Developer„“ ermöglicht eine präzise Modellierung von Kryostat-Eingangsleitungen zu Qubits, wodurch eine Analyse des thermischen Rauschens und eine effektive Schätzung der Qubit-Temperatur möglich werden. Durch die Simulation der Eingangsarchitektur des Kryostaten können Entwickler das Eindringen thermischer Photonen minimieren und die Systemtreue verbessern.

Quantum System Analysis soll als Teil der Plattform „Advanced Design System“ (ADS) 2026 von Keysight verfügbar sein und bestehende Quanten-EDA-Anwendungen ergänzen. Das Werkzeug unterstützt supraleitende Qubit-Plattformen und ist auf andere Modalitäten wie Spin-Qubits erweiterbar.

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