スピン量子ビット有限要素法シミュレーター
QTCAD
QTCAD は製造前にスピン量子ビットの性能を予測するための有限要素法シミュレーターです。性能の予測によって、多大な時間と費用の節約が期待でき、従来の手法に比べてより多くの設計を探索できます。QTCADは、k·p理論の枠内で包絡関数とナノ構造に閉じ込められた電子またはホールのエネルギーレベルを計算する際に、非線形ポアソン、シュレーディンガー、多体ソルバーを使用します。
QTCADEDU
量子ハードウェア設計には、ゲート型量子ドットや量子欠陥に存在する超伝導量子ビットやスピン量子ビットといった最先端システムを支える物理、材料、工学プロセスに関する高度な知識が必要です。量子技術の基礎と、業界が求める量子チップの設計を学生に教えるには、座学だけではなくプロ仕様の技術支援設計 (TCAD) ソフトウェアを導入する必要があります。
機能一覧
主な機能
- 半導体の量子ドット閉じ込めポテンシャルのための静電ツール
- 電子・ホールのための多体シュレーディンガーソルバー
- シーケンシャルトンネリング（クーロンブロッケード）における量子輸送計算の支配方程式ソルバー
- 2-プローブデバイスにおける非平衡量子統計および量子輸送のための非平衡グリーン関数法ソルバー
- クロスキャパシタ効果を含む小さな量子ドットシステムの電荷安定図のための効率的なワークフロー
- 磁性（軌道およびゼーマン効果）およびスピン軌道カップリングの量子力学的な取り扱い
- 電子またはホールの伝導帯バンドエッジシフトおよび価電子帯バンド混合効果を計算するための歪みソルバー
- 3D / 1D混合量子井戸シュレーディンガー-ポアソンソルバー
- QuTipのインターフェースとなる電子およびホール電気双極子スピン共鳴 (EDSR) のためのワークフロー
- 二量子ドットにおけるトンネルカップリングおよび交換相互作用のチュートリアル
- 解適合格子による極低温 (sub-K) でのシミュレーション
- 様々な実践的設計の研究を可能にする任意の 1D / 2D / 3Dデバイス構造
教育へのメリット
- 量子技術
- QTCADのノウハウを継承した豊富な知識
- すぐに始められる実用的なユースケース
- 簡単に利用可能
- 直感的な視覚化
- 大学/専門学校の学期に対応
- 大学院生と学部生におすすめ
- 一流の技術サポート
- 学生にQTCADの大学と企業での実績を共有
スピンまたは超伝導量子デバイスを設計可能
学生はステップバイステップのチュートリアルを利用でき、先生が自由にカスタマイズ可能
すぐに始められる典型的な量子ビットデバイスのジオメトリサンプル
Python APIを使用した設計パラメータの探索
3D視覚化機能とJupyterノートブックをサポート
組織のニーズに合わせた柔軟なライセンスシステム：授業の規模に制限はありません
修士や学部4年生の学習レベルに適しています
トラブルシューティングに関するテクニカルサポート（インストールと初心者向け）
世界中の革新的な組織が実際のQPUコンポーネントの設計に使用しています。QTCADユーザーやNanoacademicの量子技術チームによる数十件の論文や学会発表は、QTCADの市場における確固たる地位と独自のポジションを証明しています。学生は、このツールを通して量子ハードウェア設計を学ぶことができます。
製品概要
利点
スピン量子ビットに特化
QTCAD®はスピン量子ビットシステムに関連した物理量を計算できます。
例）固有エネルギー、閉じ込められた電子や正孔の包絡関数、多体エネルギー、化学ポテンシャル、電荷安定図、ラビ振動等
2Dおよび3D構造に対応
任意のデバイスに対するCADモデルとそれに対応したラグランジュメッシュ (Gmsh) を生成し、QTCAD®にインポートできます。
簡単な操作
Python UIによってGDSファイルを直接インポートできます。また、成長方向に沿ってヘテロ構造を積層できます。Python APIによってコードを短縮でき、データの可視化や解析の際にサードパーティのソフトウェアとシームレスに統合できます。さらに、QuTipのような他の量子エコシステムとも連携できます。
アダプティブメッシュ
アダプティブメッシュによって、極低温（1K未満）におけるスピン量子ビットの静電特性を予測できます。これは、他の商用TCADには無い機能です。
適用例
動作環境
動作環境は対象とする系の大きさに依存します。
例として、20万ノード程度までの簡単なデバイス向けの「ラップトップ」と200万ノード程度までの複雑なシミュレーション向けの「デスクトップ」をご紹介します。
| ラップトップ | デスクトップ | |
| OS | Windows | Linux (Ubuntu) |
| CPU | 6th Gen Intel® Core™ i5-6300U @ 2.40GHz （4 スレッド) | 13th Gen Intel® Core™ i9-13900K @ 3.00 GHz （32 スレッド） |
| GPU | 個別の GPU は必要なく、統合グラフィックスのみ （GPU はParaViewでのプロットとGmshでのメッシュレンダリングにのみ使用されます） | なし |
| RAM | 8 GB | 128 GB |
| HDD | 256 GB (SSD) | 1 TB (SSD) |
対応 OS
- Windows
- Linux
- macOS
ライセンス
Single user 年間ライセンス、Group 年間ライセンスがございます。
お見積依頼の際には、想定されている利用環境をお知らせください。
トライアル
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サポート
論文紹介
- “Spin Qubit Performance at the Error Correction Threshold: Advancing Quantum Information Processing Above 700 mK”
- “Heavy Hole vs. Light Hole Spin Qubits: A Strain-Driven Study of SiGe/Ge and GeSn/Ge”
- “Atomistic first-principles modeling of single donor spin-qubit”