Automazione della progettazione fisica per chip quantistici superconduttori planari

Abstract degli autori

I circuiti superconduttori si sono affermati come una delle piattaforme più promettenti e scalabili per la computazione quantistica, con una significativa adozione industriale che fa aumentare costantemente il numero di qubit. Tuttavia, il layout dei chip corrispondenti viene ancora realizzato principalmente a mano, richiedendo giorni o settimane di lavoro da parte di esperti, anche per progetti di dimensioni moderate. Gli approcci di automazione esistenti aggirano questo collo di bottiglia semplificando il problema di fondo e allentando i vincoli fisici. Di conseguenza, non riescono a produrre risultati pronti per la fabbricazione. Per superare questo limite di scalabilità senza simili compromessi, introduciamo innanzitutto un’astrazione formale che traduce le caratteristiche fisiche dei dispositivi in una rigorosa formulazione geometrica del problema. Questa astrazione fa da ponte tra la realizzazione fisica e l’automazione della progettazione. Basandoci su questa astrazione, proponiamo poi un flusso di automazione della progettazione in tre fasi, che comprende una partizione globale consapevole della geometria, l’assegnazione delle porte basata su ILP e una pipeline gerarchica di instradamento. Le valutazioni condotte dal nostro team interdisciplinare di ricercatori nell’automazione della progettazione ed esperti di hardware superconduttore confermano che il flusso risultante produce layout completi, pronti per la fabbricazione e conformi alle regole di progettazione fisica, premendo un pulsante. In altre parole, opera in modo completamente automatico in pochi secondi o, al massimo, in pochi minuti, e risolve istanze complesse fino a 25 volte più velocemente rispetto allo stato dell’arte. Tutti i metodi sono distribuiti sotto forma dello strumento completamente open source mqt-scpd nell’ambito del Munich Quantum Toolkit, che offre il primo flusso di progettazione end-to-end immediatamente utilizzabile per chip quantistici superconduttori planari che affronta esplicitamente le caratteristiche e i requisiti fisici sottostanti.