אופן בוזוני של מהוד

Raveh Neeman

doi:10.5281/zenodo.22674814

אופן בוזוני של מהוד cavity

אופן מיקרוגל הרמוני של מהוד מוליך-על תלת-ממדי או מישורי, המשמש כנושא הקיוביט; השגיאה שלו היא אובדן פוטונים מובנה, לא רעש פאולי כללי.

cavity · שכבה 1 נושא הקיוביט · הודגם · מאז 2013

פתח במפה

אופן הרמוני של מהוד מוליך-על תלת-ממדי/מישורי; T1 של פוטון בודד 10 ms (Al, Yale 2013), T2 של קיוביט-מהוד 34 ms (Weizmann 2023); השגיאות = אובדן פוטונים (מובנה).

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[318] M. Reagor et al., “Reaching 10 ms single photon lifetimes for superconducting aluminum cav… · 2013

[319] O. Milul et al., “Superconducting Cavity Qubit with Tens of Milliseconds Single-Photon Coh… · 2023

[84] N. Mehta et al., “An entangling gate for dual-rail erasure qubits,” Nature, vol. 656, no. … · 2026

[87] N. Coppola, “Alice & Bob Unveils First Quantum System, Helium,” Alice & Bob, Jun. 10, 2026… · 2026

[80] H. Putterman et al., “Hardware-efficient quantum error correction via concatenated bosonic… · 2025

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא: מיוצר
(b) זמן · שזירה: 316 ns · דטרמיניסטית
(c) קריאה: דיספרסיבית במיקרוגל · 1.0 µs · לא הרסנית · mid-circuit
(d) ניידות: אפיק משותף (תנועתי / מהוד)
(e) בקרה: מיקרוגל @ טמפרטורת החדר
(f) מבנה השגיאה: אובדן (מחיקה), מוטה
(g) ייצור: מהודים תלת-ממדיים בעיבוד שבבי

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

cavity single-photon lifetime (Al, Yale) → 10 ms

מגדירה: ערוץ השגיאה · 2013 · מקור

cavity-qubit coherence (Weizmann) → T1 25.6 ms / T2 34 ms

מגדירה: ערוץ השגיאה · 2023-09 · מקור

הנתונים 25.6 ms / 34 ms הם של Weizmann (Milul/Rosenblum, PRX Quantum 4, 030336), לא תוצאה מהשושלת של Yale; חומר המהוד אינו מצוין, ולכן "מצופה Nb" אינו נתמך.

רשומות סטנדרטיות

רלקסציית T1 → 26 ms · הטוב ביותר

Weizmann long-lived superconducting cavity: single-photon T1 = 25.6 ms · 2023-09 · מקור [D] ⓘ

קוהרנטיות T2 (הד/DD) → 34 ms · הטוב ביותר

Weizmann: single-photon-encoded cavity qubit coherence T2 = 34 ms · 2023-09 · מקור [D] ⓘ

זמן שער 1Q → לא פורסם · טיפוסי

A bosonic mode has no intrinsic 1Q gate; the gate is ancilla- or beam-splitter-mediated and is recorded on g_bos (~200 ns) · 2026-08 · מקור [D] ⓘ

שגיאת סרק / זיכרון לסבב → לא פורסם · טיפוסי

No cavity-qubit QEC round with a published per-round idle error; dual-rail 1Q gate erasure is ~0.1% · 2026-08 · מקור [D] ⓘ

שחקנים ויעדים — ביאורים

קיוביטים בוזוניים במהודים — חתול ו-GKP — Alice & Bob, AWS, Nord Quantique · G3 G4

קיוביטי מחיקה במסילה כפולה — D-Wave/QCI, AWS, SUSTech · G3 G4

קשתות

דורשת: מהודים מוליכי-על תלת-ממדיים בעיבוד שבבי°, ליתוגרפיה של קיוביטים מוליכי-על (צמתי Al/AlOx/Al, חיווט Nb, 300 mm)°

נחוצה עבור: שערים בוזוניים בתיווך קיוביט עזר (CX חתול, CZ מסילה כפולה, מפצל אלומה), קידוד חתול (רעש מוטה), קידוד רשת GKP°, קריאה דיספרסיבית במיקרוגל (+TWPA, מסנן פרסל)°, קידוד מסילה כפולה (מחיקה)°

° אחת מכמה שהיו מתאימות · הדרך המקובלת, לא דרישה מחייבת

בשימוש: 10 מכונות (10 ראשית · 0 חלופית)

מעגלים מוליכי-על 10
Alice & Bob Boson 4 Alice & Bob עיתונות ▣ §I and Fig. 2A–C (memory mode at 1.1 GHz, buffer at 7.9 GHz, ATS); abstract (22 s bit-flip time); the paper Alice & Bob's Boson 4 page links as Boson 4 ✅
Alice & Bob Graphene Alice & Bob עיתונות ▥ ✅
Alice & Bob Helium (on-premise system) Alice & Bob מסמך טכני עיתונות ▥ Fig. 'A Cat Qubit Zoom-In' (sapphire chip, resonator, buffer); Fig. 'The Helium Chip' (16 cat qubits, 72 ports); §The Hardware Behind Cat Qubits ✅
Alice & Bob Helium 2 ("Galvanic Cat") Alice & Bob עיתונות ▨ ✅
AWS Ocelot AWS Center for Quantum Computing ▣ Fig. 1a-c (storage modes S1-S5, buffers B1-B5); §II ✅
D-Wave gate-model dual-rail system D-Wave Quantum עיתונות ▣ Fig. 1a (device hardware schematic: pair of 3D λ/4 coaxial cavities per qubit, 3 SQUID transmon couplers) ✅
Nord Quantique single-mode GKP Nord Quantique מאמר עיתונות ▣ Fig. 1a (device schematic: double-post cavity + auxiliary transmon); App. A.1 ✅
Nord Quantique Tesseract Nord Quantique דף מוצר עיתונות ▣ Fig. 1a (device schematic: double-post Al cavity, storage mode, auxiliary transmon chip) ✅
Aqumen Seeker Quantum Circuits Inc. (acquired by D-Wave, Jan 2026) עיתונות ▣ Fig. 1a (dual-rail pairs of 3D λ/4 coaxial cavities) ✅
SUSTech biased-erasure cavity qubit Southern University of Science and Technology מאמר ▣ Fig. 1b (cavity coaxial stub, transmon ancilla, readout resonator); SI §I.A ✅

↗ כרטיס המרשם שלה · מאמר / מוצר / עיתונות: קישורים שבהם המכונה נזכרת בשמה (הייחוס נבדק ב-20 בספטמבר 2026)

תמונות

כל תמונה מלווה בתיאור של מה שהיא מראה ובשורת הקרדיט שלה.

Fig. 1 — Figure 1: Device architecture and coherence properties. a Schematic of the double-cell elliptical SRF cavity with four ports for RF control. Three p… — A four-panel figure: a schematic of a double-cell elliptical superconducting cavity with a small chip, a real photograph of the niobium cavity with copper brackets (2 cm scale bar), simulated mode field maps, and decay curves. It comes from the arXiv paper "Ultracoherent superconducting cavity-based multiqudit platform with error-resilient control" by Taeyoon Kim and co-authors. It shows bosonic cavity modes controlled by an ancilla transmon on the chip; notice the millisecond energy-relaxation times (20.6 and 15.6 ms) and the decay speeding up at higher photon numbers. “Fig. 1 — Figure 1: Device architecture and coherence properties. a Schematic of the double-cell elliptical SRF cavity with four ports for RF control. Three ports are…” by Taeyoon Kim et al., arxiv.org/abs/2506.03286, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 1 — Figure 1: System diagrams. The elements representing the Readout, Qubit, Memory 1, and Memory 2 components are red, green, blue, and orange, respect… — A three-panel figure: a cutaway 3D render, not a photograph, of a machined aluminium "flute" cavity holding a sapphire chip with a readout resonator (red) and a transmon qubit (green), plus an energy-level diagram and a schematic spectrum. It comes from the arXiv paper "Analytical Fock-State Generation and SWAP using a Rabi-Driven Transmon" by Natan Karaev, Eliya Blumenthal and Shay Hacohen-Gourgy. It shows two bosonic cavity modes (blue and orange) used as memories and controlled through the transmon; notice how the drilled holes shape where each mode lives. “Fig. 1 — Figure 1: System diagrams. The elements representing the Readout, Qubit, Memory 1, and Memory 2 components are red, green, blue, and orange, respectively. (a)…” by Natan Karaev, Eliya Blumenthal, Shay Hacohen-Gourgy, arxiv.org/abs/2604.07235, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 1 — Figure 1: Experimental setup. (a) The device consists of a high Q cavity, fluxonium (the junction is marked with a red cross), and readout resonator… — A three-panel figure: (a) a line drawing of a coaxial post cavity with a sapphire chip, flux hose, coil and coupling pins; (b) real false-coloured scanning electron micrographs of the fluxonium in grAl and Al, with 10 um, 1 um and 200 nm scale bars; (c) its circuit model. It is Figure 1 of "In-situ tunable interaction with an invertible sign between a fluxonium and a post cavity" by Desislava G. Atanasova, Ian Yang and co-authors (arXiv). It shows a fluxonium qubit coupled to a high-Q cavity. “Fig. 1 — Figure 1: Experimental setup. (a) The device consists of a high Q cavity, fluxonium (the junction is marked with a red cross), and readout resonator on a…” by Desislava G. Atanasova, Ian Yang, Teresa Hönigl-Decrinis, Daria Gusenkova, Ioan M. Pop, Gerhard Kirchmair, arxiv.org/abs/2409.07612, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

cavity · layer 1 נושא הקיוביט · centrality 7.7 · demonstrated · since 2013 · updated 2026-09-30

אופן בוזוני של מהוד

אופן מיקרוגל הרמוני של מהוד מוליך-על תלת-ממדי או מישורי, המשמש כנושא הקיוביט; השגיאה שלו היא אובדן פוטונים מובנה, לא רעש פאולי כללי.

Verdict. זיכרונות מעבדה מגיעים לזמן חיים של פוטון של 25.6 ms, אך התקנים בוזוניים בפעולה עובדים בזמנים קצרים בשניים עד שלושה סדרי גודל; גבול הנושא הוא קיוביט העזר המצומד אליו, לא המהוד.

Key references

Λ = מקדם דיכוי השגיאות לכל צעד במרחק הקוד; QBI = DARPA Quantum Benchmarking Initiative (שלב A — רעיון → B — תוכנית מו״פ → C — אימות ותיקוף (V&V) ממשלתיים); G1–G7 = מחלקות היעדים של הדוח (ראו "שחקנים וכלכלה").

זהות ומוצא

האופן ההרמוני המקוונטט של מהוד מוליך-על — תלת-ממדי בעיבוד שבבי או מישורי — המונע ונקרא בצורה דיספרסיבית דרך קיוביט עזר טרנסמוני המצומד אליו. עבודת האלקטרודינמיקה הקוונטית של מעגלים תלת-ממדיים ב-Yale הפכה אותו לנושא קיוביט ב-2013: Q > 0.5×10⁹, זמן חיים של פוטון יחיד 10 ms באלומיניום D[318]. הקריאה מתווכת בידי קיוביט העזר, ~1 µs, לא-הורסת, ניתנת לביצוע באמצע המעגל; הנושא מיוצר, מחובר באמצעות אפיק ומונע במיקרוגל מטמפרטורת החדר.

פיזיקה וגבולות

ערוץ הדעיכה השולט של אופן הרמוני הוא ריסון משרעת בלבד — וזה כל הטיעון בעד קודים בוזוניים, שכן קידוד יכול לכוון לערוץ ידוע אחד במקום לבסיס פאולי לא מובנה. ההפסד גדל ליניארית עם האכלוס, ולכן κ מגביל את הטיית הרעש שכל קידוד חתול יכול להשיג. הרצפה היא מערכות דו-רמתיות על פני השטח, מוליכות התפרים ודליפה קרינתית: זמן חיים של 25.6 ms וקוהרנטיות של 34 ms (Weizmann, 2023), מגאומטריה ש"מצומדת במידה מזערית לקיוביט הבקרה" D[319]. הביטוי הזה הוא הגבול — אופן שקיוביט העזר שלו מונע בעוצמה יורש את הדה-פאזה שלו, ואופן ה-GKP הפועל של Nord Quantique עובד עם T1 = 360 µs D[82]. הזזת הגבול פירושה ניתוק קיוביט העזר וטיפול בפני השטח.

מצב ההנדסה העדכני

טבלה

תאריך	נתון	מי	תג
2013	מהוד תלת-ממדי מאלומיניום, Q > 0.5×10⁹, זמן חיים של פוטון 10 ms	Yale	D[318]
2023-09	זיכרון מהוד: T1 25.6 ms, T2 34 ms	Weizmann Institute	D[319]
2026-08	זוג מהודים קואקסיאליים λ/4: CZ במסילה כפולה ≈500 ns, מחיקה 0.5%/שער, פאולי 0.029(6)%	Quantum Circuits	D[84]

הטיפוסי בקנה מידה רחוק מאוד מהמיטבי: 18 אופני חתול (Helium), חמישה אופני אחסון (Ocelot) C[87]D[80]. איבר השגיאה השולט בפעולה הוא דה-פאזה המושרית מקיוביט העזר, ועוד אובדן הנראה בשער; המחיקה של 0.5% לשער היא אותו אובדן כשהוא מגולה D[84].

נתוני Weizmann של 25.6 ms ו-34 ms באים מקבוצה אחת, ללא שחזור עצמאי. "דרישות חומרה נמוכות עד פי 200" של Helium הן טענת חברה ללא נתונים ברמה הלוגית C[87]. לא פורסם: חומר המהוד של Weizmann (אלומיניום או ניוביום), ומקדם האיכות של גופי הקואקס λ/4 ב-CZ הדו-מסילתי מ-2026-08 [84].

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

את האופן מייצרים בשתי דרכים. גופים מאלומיניום או מניוביום בעיבוד שבבי מדויק, מלוטשים ואטומים, מחזיקים את אופן ה-GKP של Nord Quantique ואת זוגות ה-λ/4 של קיוביטי המסילה הכפולה של D-Wave D[82]D[84]; אופן כזה תופס קנה מידה של cm לעומת ~100 µm של טרנסמון — היחס הזה, ולא Q, הוא החולשה. שבבי החתול מישוריים: אצל Alice & Bob אלה מעגלי טנטלום על ספיר, והזיכרון של Boson 3 הוא מהוד קו-מישורי של רבע אורך גל fact, והאופנים של Ocelot הם מהודי מוליך גל קו-מישוריים על שתי פיסות המחוברות בחיבורי בליטות D[80]. העומס לכל אופן הוא קו הנעה אחד ועוד קיוביט עזר עם שרשרת הנעה וקריאה משלו — אצל Alice & Bob, במקום קיוביט העזר, אופן חוצץ עם המשאבות שלו Cfact. אין CMOS קריוגני או ריבוב על השבב לבקרת המהודים, ולכן מספר הקווים גדל ליניארית: ב-10³ אופנים החומה היא מספר הכבלים הקואקסיאליים ונפח הקריוסטט ביחידת דילול אחת; 10⁴–10⁶ דורשים זיווד שונה. העיבוד השבבי נעשה בתוך הבית אצל כל ספק שמייצר גופים; לא נמצאו מפעל ייצור חיצוני או כלל יצוא ייחודי למהודים. הריכוזיות נמצאת סביב זה: מקררי Bluefors, כולל צינורות הפולס של Cryomech fact.

תפקיד במחסנית

דורש אחת משתי דרכי ייצור — מהודים תלת-ממדיים בעיבוד שבבי או ליתוגרפיה מישורית של מוליכי-על; מספק את האופן לקידודי חתול ו-GKP, למחיקה במסילה כפולה, לשערים בתיווך קיוביט עזר ולקריאה דיספרסיבית. שעון נגזר = סכום סבב הסינדרום: שכבות שערים + הובלה + קריאה + איפוס: 2.8 µs בארכיטקטורת המחיקה במסילה כפולה — ארבע שכבות CZ של 500 ns מעל בדיקה של ~0.4 µs D[84] — ו-1.44 µs בארכיטקטורת המהודים של חתול ו-GKP, נקבע בידי השערים, לעומת מחזור של 2.8 µs שנמדד בה D[80]. אימות: הנתונים 25.6/34 ms הם של קבוצה אחת ולא שוחזרו D[319]; שגיאת הפאולי של ה-CZ במסילה כפולה נמדדה בבחירה בדיעבד, ו-Λ ≈ 27 שלו הוא תוצאת סימולציה, לא מדידה Sfact.

שחקנים וכלכלה

מי.

ארגון	תפקיד	מדינה	מה בדיוק הם עושים	ראיות
Alice & Bob	מפתח	צרפת	מערכת Helium עם 18 אופני חתול, ~40 kW, נמכרה ל-GENCI	C[87]
D-Wave	מפתח	ארה״ב	קיוביטי מסילה כפולה במהודים קואקסיאליים λ/4, דרך Quantum Circuits	D[84]
AWS	מפתח	ארה״ב	Ocelot: חמישה אופני אחסון, ארבעה קיוביטי עזר, חמישה אופני חוצץ	D[80]
Nord Quantique	מפתח	קנדה	GKP במהוד רב-אופני, T1 360 µs	D[82]
Weizmann Institute	מחקר	ישראל	מחזיק שיא זיכרון המהוד	D[319]

כספים.
2026-01-20 · D-Wave · מיזוג ורכישה של Quantum Circuits · $550 M · — · נסגרה fact
2026-08-06 · D-Wave · דוח הרבעון השני · עלות רכישה $9.3 M, הזמנות שעברו בירושה $2.3 M · דווח fact
2026-05-18 · Nord Quantique · הון צמיחה · $30 M לפי שווי של $1.4 B · — · נסגר C[89]

שוק ושרשרת אספקה. איש אינו מוכר מהודים; הכסף נמצא בהמשך השרשרת, במקררים ובמגברים. כלכלת היחידה אינה מפורסמת — ~40 kW של Helium עבור 18 אופנים הוא נתון של המערכת כולה C[87]. G3 משלם כאן; G4 אינו משלם בקנה מידה של cm.

קניין רוחני ותקנים. לא נמצאה משפחת פטנטים מתוארכת הייחודית לאופן המהוד; הפטנט US 11,748,652 B1 של Amazon מכסה את השכבה שמעל fact.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. Alice & Bob סיפקה את Helium ב-2026-06 כפי שהובטח, ללא נתונים ברמה הלוגית C[87]. D-Wave מבטיחה DR17 (2026), DR49 (2027), DR181 (2028), 10 קיוביטים לוגיים (2030), 100 קיוביטים לוגיים (2032) ב-Λ = 10 Rfact. שתיהן מספקות בזמן ודוחות את המספרים החשובים.

פרשנות אסטרטגית. אם אופני המהוד יישארו ערוץ השגיאה המובנה ביותר בחומרת מוליכי-על, ספקיהם ימירו איכות שגיאה בפחות קיוביטים פיזיים; אם מסילה כפולה מישורית או GKP על השבב ישתוו לשיעורי המחיקה האלה, גופים בקנה מידה של cm יפסידו בצפיפות והענף יצטמצם לנישת זיכרון.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר עד 2028 אם התקן רב-אופני פועל שומר על זמן חיים של פוטון מעל 1 ms; להוריד בדרגה אם זמני החיים בפעולה נשארים סביב 10² µs בזמן שקיוביטי מחיקה מישוריים סוגרים את הפער. התרחיש הטוב ביותר ל-2029: בקרה מרובבת, גופים קטנים מ-cm; התרחיש הגרוע ביותר: מדגימים עם מספר חד-ספרתי של אופנים לזמן בלתי מוגבל. פתוח: כמה מהדה-פאזה בפעולה נובעת מקיוביט העזר; האם מישהו יפרסם Q עבור גופי ה-λ/4? לעקוב: הנתונים הלוגיים של Alice & Bob ו-DR49.

מקורות

[80] H. Putterman et al., “Hardware-efficient quantum error correction via concatenated bosonic qubits,” Nature, vol. 638, no. 8052, pp. 927–934, Feb. 2025, doi: 10.1038/s41586-025-08642-7. [D]
[82] S. Turcotte et al., “Quantum error correction of a grid-state qubit with state preparation and measurement errors below 10⁻³,” arXiv:2607.06718, Jul. 2026. [D]
[84] N. Mehta et al., “An entangling gate for dual-rail erasure qubits,” Nature, vol. 656, no. 8126, pp. 47–53, Aug. 2026, doi: 10.1038/s41586-026-10822-y. arXiv:2503.10935. [D]
[87] N. Coppola, “Alice & Bob Unveils First Quantum System, Helium,” Alice & Bob, Jun. 10, 2026. [Online]. Available: https://alice-bob.com/newsroom/alice-bob-unveils-first-quantum-system/ [C]
[89] Nord Quantique, “Nord Quantique Reaches $1.4 Billion USD Valuation with Latest Investment,” Business Wire, May 18, 2026. [Online]. Available: https://www.businesswire.com/news/home/20260518358351/en/Nord-Quantique-Reaches-$1.4-Billion-USD-Valuation-with-Latest-Investment [C]
[318] M. Reagor et al., “Reaching 10 ms single photon lifetimes for superconducting aluminum cavities,” arXiv:1302.4408, Feb. 2013. [D]
[319] O. Milul et al., “Superconducting Cavity Qubit with Tens of Milliseconds Single-Photon Coherence Time,” PRX Quantum, vol. 4, no. 3, Art. no. 030336, Sep. 2023, doi: 10.1103/PRXQuantum.4.030336. [D]