9月17日，Keysight Technologies, Inc.推出了量子电路模拟，这是一个创新的电路设计平台，旨在加速复杂量子电路的开发进程。特别值得一提的是，通过与Google Quantum AI的合作，该解决方案首次引入了先进的通量量化技术，这在行业内尚属首创。
相关论文于8月15日以“Modelingflux-quantizing Josephson junction circuits in Keysight ADS”发表于arXiv上。该论文中展示了磁通量量化的创新方法及其对量子计算领域的重大影响。这一成功为超导电路建模的准确性和效率树立了新标准。
在超导电路设计中，磁通量作为核心动态变量，其重要性超越了电压本身。尽管如此，传统的电子设计自动化（EDA）工具在电路模拟过程中常常忽视了通量量化的约束条件，即超导环路内的磁通量应当是通量量子的整数倍。这一约束的缺失，对于超导电路设计者而言，是一个主要的挑战。此外，超导技术中不可或缺的新元件——约瑟夫森结，在量子计算、高速电子学、精密计量和传感技术等领域发挥着关键作用。然而，大多数EDA工具的标准组件库中并未包含约瑟夫森结模型，进一步增加了设计工作的复杂性。
研究者们在Keysight ADS中添加了约瑟夫森结模型，并介绍了额外的模型和方法，以便准确模拟通量量化的超导电路。他们通过几个示例展示了如何使用这些组件，包括直流和射频SQUID、可调耦合器以及使用SNAIL和射频SQUID阵列的参数放大器。研究者们进行了直流、S参数和谐波平衡模拟，以验证模型和方法的准确性，并与理论和已发表的实验结果进行了对比。
研究者们还探讨了如何在ADS中实现通量量化，包括在瞬态模拟中的原生通量量化，以及在S参数、直流、交流和HB分析等其他模拟模式中如何通过辅助电路强制实施通量量化。他们详细描述了如何在ADS中构建通量量化辅助电路，并展示了如何通过Kirchhoff电压定律来实现。
图：ADS 2025中的Josephson结模型
综合来看，该新解决方案通过频域的先进磁通量子化简化了量子工作流程，在分析大型、高度非线性量子电路方面提供了无与伦比的精度和能力。这使研究人员能够以更高的准确度建模复杂的量子电路，减少计算误差，并提高模拟的整体可靠性。
量子器件库：在KeysightADS中集成了量子器件库，涵盖了最常用的器件，如 RF/DC SQUIDs、SNAILs、FLUXONIUMs 和SNAKEs。
综合设计环境：提供了多种非线性电路模拟器，例如谐波平衡、瞬态/卷积用于时域分析、电路包络用于调制域分析，以及X参数非线性模型生成器。
增强的量子控制：通过外部磁通驱动超导电路，使得在高级量子计算应用中对量子电路进行更精确的控制和操作成为可能。
简化设计：简化了包括量子放大器在内的参数化量子电路设计，这些量子放大器是量子系统输出链中提高读出保真度的关键模块。
论文展示了在Keysight ADS中引入的约瑟夫森结和电感模型，这些模型能够明确考虑设备终端的节点通量，并在设备原理图符号中作为辅助端口展示。使用这些模型，现在可以在ADS仿真中强制实施超导设备的通量量化条件，这是迄今为止限制现代EDA工具在微波超导电路设计中可用性的关键特性。研究者们通过直流、S参数和谐波平衡仿真验证了模型及其使用方法，并与理论结果和已发表的实验数据进行了对比。特别是，他们展示了在模拟约瑟夫森参数放大器时的重要用例，并在仿真中再现了SNAIL和LESA设备的一些关键实验结果。研究者们对这些方法为现代化仿真提供的机会感到兴奋，并认为这将加速微波超导电子设备和电路的开发。
GoogleQuantum AI已经成为量子计算领域的重要参与者，推动了该领域的显著进展。凭借其先进的量子处理器和开创性的研究，Google取得了许多重要的里程碑式成果，其中包括展示了超越经典计算的能力。此外，Google还积极参与了高级量子放大器的开发，这对于提高量子系统的性能至关重要。
GoogleQuantum AI的研究科学家Ofer Naaman表示：“通过使用Quantum Ckt Sim，现在可以在ADS频域仿真中对超导器件强制执行磁通量量子化条件。这是一项关键功能，过去它的缺失限制了现代EDA工具在微波超导电路设计中的实用性。”
KeysightTechnologies是一家在电子测量领域处于领先地位的全球性公司，由原安捷伦科技的电子测量部门拆分而来，专注于提供广泛的高性能测试和测量设备、软件及服务。公司的产品广泛应用于半导体、通信、航空航天等行业，旨在帮助客户加速创新、提升产品性能和优化生产流程。Keysight Technologies通过不断的技术研发和创新，以及与全球科研机构和大学的合作，推动测量技术的进步，确保其解决方案能够满足客户在电路设计、验证和制造过程中的需求，从而在全球电子产业中发挥着重要作用。
KeysightEDA的量子解决方案规划负责人Mohamed Hassan说：“首次见证EDA 工具对超导电路频域磁通量量子化的精确建模令人兴奋。这一重要里程碑利用了EDA的能力，简化了用于量子应用及其他领域的超导微波电路的设计。我们预计，这一进展将赋能量子工程师，提升参数量子电路的性能，特别是在功率处理和带宽方面，这对于量子计算机中量子比特的读取至关重要。”
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