SesQ:用于超导量子比特中精确能量参与比模拟的表面静电模拟器

构建精确高效的超导量子比特数值电磁模型,对于表征和最小化设计相关的介电损耗至关重要。能量参与比(EPR)是评估这类损耗的常用指标,但其计算面临严峻的多尺度计算挑战。传统有限元方法(FEM)需要三维体网格划分,当试图捕捉纳米级薄材料界面处的奇异电场时,会产生难以承受的计算成本和内存需求。为解决这一瓶颈,该研究团队提出SesQ——专为EPR精确仿真定制的表面积分方程模拟器。通过二维表面离散化、推导半解析多层格林函数,并采用专用非共形边界网格细化方案,SesQ能准确解析奇异边缘场,同时避免未知量数量的爆炸式增长。基于解析可解模型的验证表明,相比商用FEM工具,SesQ将电容提取速度提升约两个数量级。在保持电容提取精度相当的同时,SesQ为EPR计算提供了更卓越的精确度。对实际transmon量子比特的仿真进一步揭示,FEM方法往往会显著低估EPR值。最终,SesQ的高效性实现了布局优化中的快速迭代——正如通过最小化量子比特图案的EPR所展示的,这使该模拟器成为低损耗超导量子电路自动化设计的强有力工具。

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提交arXiv: 2026-03-30 14:51

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