Qplacer：面向超导量子计算机的频率感知组件布局

含噪中等规模量子（NISQ）计算机面临量子比特数量的关键限制，阻碍了其向大规模和容错量子计算的发展。串扰是阻碍扩展的一个重大挑战，其特征是量子芯片上相邻组件（包括量子比特、谐振器和衬底）之间的非期望相互作用。我们提出了一种在有限衬底面积内系统解决多方面串扰的通用方法。我们提出了 Qplacer，一个专为超导量子计算机定制的频率感知静电式布局框架，通过在空间和频率域中隔离这些组件以及紧凑的衬底设计来缓解串扰。Qplacer 首先使用频率分配器确保量子比特和谐振器的频域隔离。然后，它采用填充策略和谐振器分区以实现布局灵活性。我们方法的核心是将量子组件概念化为带电粒子，通过“频率排斥力”概念实现策略性的空间隔离。我们的结果表明，Qplacer 精心设计的物理组件布局在减轻各种串扰影响的同时，保持了紧凑的衬底尺寸。在各种器件拓扑和 NISQ 基准测试上，与经典布局引擎相比，Qplacer 将保真度平均提高了 36.7 倍，并将空间违规（易受串扰影响）平均减少了 12.76 倍。在面积优化方面，与手动设计相比，Qplacer 平均可将所需布局面积减少 2.14 倍。