論文の概要: Material-Driven Optimization of Transmon Qubits for Scalable and Efficient Quantum Architectures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.05339v1
• Date: Thu, 07 Aug 2025 12:41:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-08 18:59:39.857029
• Title: Material-Driven Optimization of Transmon Qubits for Scalable and Efficient Quantum Architectures
• Title（参考訳）: スケーラブルで効率的な量子アーキテクチャのためのトランスモン量子の物質駆動最適化
• Authors: Jonnalagadda Gayatri, S. Saravana Veni,
• Abstract要約: 超伝導量子ビット最適化問題に対処するために, 設計, 材料解析, シミュレーションの組み合わせを用いる。 そこで我々は,Qiskit Metalを用いた4キュービットと8キュービットのトランスモンベースのレイアウトを作成し,各キュービットの個別解析を行った。 次に,COMSOL多物理系における単一量子ビット設計の2次元断面を作成し,異なる材料が性能に与える影響を評価する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: One of the most crucial steps in creating practical quantum computers is designing scalable and efficient superconducting qubits. Coherence times, connections between individual qubits, and reduction of environmental noise are critical factors in the success of these qubits. Because they can be lithographically fabricated and are less sensitive to charge noise, superconducting qubits, especially those based on the Transmon architecture, have emerged as top contenders for scalable platforms. In this work, we use a combination of design iteration, material analysis, and simulation to tackle the superconducting qubit optimization challenge. We created transmon-based layouts for 4 qubits and 8 qubits using Qiskit Metal and conducted an individual analysis for each qubit. We investigated anharmonicity and extracted eigenfrequencies, computing participation ratios across several design passes, and identifying the top five energy eigenstates using Ansys HFSS. We then created a 2D cross section of a single qubit design in COMSOL Multiphysics to evaluate how different materials affect performance. This enables us to assign various superconducting materials and substrates and investigate their effects on energy loss and electromagnetic properties. Qubit coherence and overall device quality are significantly influenced by the materials chosen. This integrated framework of material based simulation and circuit design offers a workable way to create reliable superconducting qubit systems and supports continued attempts to create scalable, fault-tolerant quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 実用的な量子コンピュータを作る上で最も重要なステップの1つは、スケーラブルで効率的な超伝導量子ビットを設計することである。 コヒーレンス時間、個々の量子ビット間の接続、環境騒音の低減は、これらの量子ビットの成功に重要な要因である。 リソグラフィーで製造でき、電荷ノイズに敏感ではないため、超伝導量子ビット(特にトランスモンアーキテクチャに基づくもの)がスケーラブルプラットフォームのトップコンペターとして登場した。 本研究では, 超伝導量子ビット最適化問題に対処するために, 設計イテレーション, 材料解析, シミュレーションの組み合わせを用いる。 そこで我々は,Qiskit Metalを用いた4キュービットと8キュービットのトランスモンベースのレイアウトを作成し,各キュービットの個別解析を行った。 本研究では, アンシスHFSSを用いて, 無調和性, 抽出固有頻度, 設計パス間での計算参加率, および上位5つのエネルギー固有状態の同定を行った。 次に,COMSOL多物理系における単一量子ビット設計の2次元断面を作成し,異なる材料が性能に与える影響を評価する。 これにより、様々な超伝導材料や基板を割り当て、エネルギー損失と電磁特性に与える影響を調べることができる。 クビットコヒーレンスとデバイス全体の品質は、選択した材料に大きく影響される。 この物質に基づくシミュレーションと回路設計の統合フレームワークは、信頼性の高い超伝導量子ビットシステムを作成するための実行可能な方法を提供し、スケーラブルでフォールトトレラントな量子コンピューティングを作るための継続的な試みをサポートする。

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