論文の概要: Opportunities and Challenges of Computational Electromagnetics Methods for Superconducting Circuit Quantum Device Modeling: A Practical Review

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.20774v1
• Date: Tue, 25 Nov 2025 19:10:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-27 18:37:58.816054
• Title: Opportunities and Challenges of Computational Electromagnetics Methods for Superconducting Circuit Quantum Device Modeling: A Practical Review
• Title（参考訳）: 超伝導回路量子デバイスモデリングにおける計算電磁法の可能性と課題:実際的考察
• Authors: Samuel T. Elkin, Ghazi Khan, Ebrahim Forati, Brandon W. Langley, Dogan Timucin, Reza Molavi, Sara Sussman, Thomas E. Roth,
• Abstract要約: 多くの技術の設計にはCEM法が不可欠である。 超伝導回路量子デバイスの設計は、非伝統的な材料特性と重要な特徴のために、このカテゴリに該当する。 このようなマルチスケールデバイスは、CEMツールの基本的特性を強調し、シミュレーション時間の増加、精度の低下、あるいはソリューションを確実に見つけることさえできない。 このレビューは、研究者がデバイスをモデル化するために選択する必要があるかもしれない主要なCEM技術の基本的側面の実践的な紹介となる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.043203236729386474
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: High-fidelity numerical methods that model the physical layout of a device are essential for the design of many technologies. For methods that characterize electromagnetic effects, these numerical methods are referred to as computational electromagnetics (CEM) methods. Although the CEM research field is mature, emerging applications can still stress the capabilities of the techniques in use today. The design of superconducting circuit quantum devices falls in this category due to the unconventional material properties and important features of the devices covering nanometer to centimeter scales. Such multiscale devices can stress the fundamental properties of CEM tools which can lead to an increase in simulation times, a loss in accuracy, or even cause no solution to be reliably found. While these challenges are being investigated by CEM researchers, knowledge about them is limited in the broader community of users of these CEM tools. This review is meant to serve as a practical introduction to the fundamental aspects of the major CEM techniques that a researcher may need to choose between to model a device, as well as provide insight into what steps they may take to alleviate some of their challenges. Our focus is on highlighting the main concepts without rigorously deriving all the details, which can be found in many textbooks and articles. After covering the fundamentals, we discuss more advanced topics related to the challenges of modeling multiscale devices with specific examples from superconducting circuit quantum devices. We conclude with a discussion on future research directions that will be valuable for improving the ability to successfully design increasingly more sophisticated superconducting circuit quantum devices. Although our focus and examples are taken from this area, researchers from other fields will still benefit from the details discussed here.
• Abstract（参考訳）: デバイスの物理的レイアウトをモデル化する高忠実度数値法は多くの技術の設計に不可欠である。 電磁効果を特徴づける手法については、これらの数値法を計算電磁法(英語版)(CEM)と呼ぶ。 CEM研究分野は成熟しているが、新しい応用は今でも、現在使われている技術の能力を強調している。 超伝導回路量子デバイスの設計は、従来の材料特性とナノメートルからセンチメートルのスケールをカバーする装置の重要な特徴のために、このカテゴリに該当する。 このようなマルチスケールデバイスは、CEMツールの基本的特性を強調し、シミュレーション時間の増加、精度の低下、あるいはソリューションを確実に見つけることさえできない。 これらの課題は、CEM研究者によって調査されているが、これらのCEMツールの幅広いユーザコミュニティにおいて、その知識は限られている。 このレビューは、研究者がデバイスをモデル化するために選択する必要があるかもしれない主要なCEM技術の基本的な側面の実践的な紹介として役立ち、また、彼らの課題を緩和するためにどのようなステップを踏むかについての洞察を提供する。 我々の焦点は、すべての詳細を厳格に導き出すことなく、主要な概念を強調することであり、それは多くの教科書や記事に見られる。 本研究は, 超伝導回路量子デバイスを具体例として, マルチスケールデバイスをモデル化する際の課題に関して, より先進的な話題を論じる。 我々は、より洗練された超伝導回路量子デバイスを設計する能力の向上に有用な今後の研究方向性について、議論を締めくくった。 この分野の焦点と実例はここにあるが、他の分野の研究者はここで議論した詳細から恩恵を受けるだろう。

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