קידוד חתול (רעש מוטה)

Raveh Neeman

doi:10.5281/zenodo.22674814

קידוד חתול (רעש מוטה) enc_cat

קיוביט של מצבים קוהרנטיים המיוצב בדיסיפציה דו-פוטונית, שהיפוכי הביט שלו יורדים מעריכית עם מספר הפוטונים, בעוד שהיפוכי הפאזה עולים איתו ליניארית.

enc_cat · שכבה 2 קידוד · הודגם · מאז 2020

פתח במפה

מצבים קוהרנטיים המיוצבים בדיסיפציה דו-פוטונית; היפוכי ביט מדוכאים אקספוננציאלית, היפוכי פאזה גדלים ∝ n̄.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

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

[77] N. Coppola, “Alice & Bob Shares Preliminary Results Vastly Surpassing Previous Bit-Flip Ti… · 2025

[78] N. Coppola, “Alice & Bob Improves Error Suppression in Quantum Computers by 'Squeezing' Ca… · 2025

[65] DARPA, “Stage B selection,” Nov. 6, 2025. [Online]. Available: https://www.darpa.mil/resea… · 2025

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא: מיוצר
(b) זמן · שזירה: —
(c) קריאה: —
(d) ניידות: —
(e) בקרה: —
(f) מבנה השגיאה: מוטה
(g) ייצור: —

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

bit-flip time → 44 min mean (12-cat chip, preliminary); 22 s squeezed cat

מגדירה: ערוץ השגיאה · 2025-09 · מקור

phase-flip per CX (Ocelot) → 9.6(4)×10⁻² at n̄=2 (bit-flip 3.5(4)×10⁻³); bias > 25 under the gate, > 30 idle

מגדירה: ערוץ השגיאה · 2025-02 · מקור

Alice & Bob (שלב A בלבד של DARPA QBI), AWS. הנתונים "27–33" המצוטטים במקומות אחרים הם *זמני* היפוך פאזה ב-µs, לא ערכי הטיה.

שחקנים ויעדים — ביאורים

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

קשתות

דורשת: אופן בוזוני של מהוד

נחוצה עבור: CNOT חתול–חתול משמר-הטיה, שרשור בוזוני (חזרה-חתול, LDPC-חתול, GKP+qLDPC)°

חלופות: קיוביט פיזי חשוף (ללא קידוד), קידוד רשת GKP

מתנגשת עם:

קוד המשטח המסובב (+ גרסאות רתומות) נעקפת בבחירת טכנולוגיה אחרת במקום אחת משתיהן

קוד לא מוטה מבזבז את ההטיה — דרושים קודי חזרה/XZZX/elevator

מחיר קוד משטח CSS מתקן X ו-Z באופן סימטרי, ולכן הטיה > 25 (Ocelot, 2025) אינה מועילה דבר; החיסכון של ~10× בקיוביטים בארכיטקטורות חתול קיים רק עם קודים המותאמים להטיה

הפחתה קודי חזרה (Ocelot), XZZX, elevator או LDPC-חתול במקום קוד המשטח הפשוט · 2025-02

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

בשימוש: 5 מכונות (5 ראשית · 0 חלופית)

מעגלים מוליכי-על 5
Alice & Bob Boson 4 Alice & Bob עיתונות ▣ §I (dissipation engineering for squeezed-like cat qubits); Fig. 3 (bit-flip protection by squeezing) ✅
Alice & Bob Graphene Alice & Bob עיתונות ▣ Abstract (ε≈0.1%); Table I; Fig. 5c (cat-qubit circuit-level model) ✅
Alice & Bob Helium (on-premise system) Alice & Bob מסמך טכני עיתונות ▥ §More Than a Pendulum: Cat's Autonomous Stabilization; §Bit-Flips Protection Record; Fig. 'Exponential Suppression of Bit-Flips on Boson 4' ✅
Alice & Bob Helium 2 ("Galvanic Cat") Alice & Bob עיתונות ▨ ✅
AWS Ocelot AWS Center for Quantum Computing ▣ Fig. 1e (cat Wigner functions), Fig. 1f (bit-/phase-flip times) ✅

↗ 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: Kerr-cat qubit encoding and 2D chip architecture. (a) The Bloch sphere for the Kerr-cat qubit is spanned by the cat states along the x-axi… — Seven-panel paper figure: theory drawings of the Kerr-cat qubit (Bloch sphere, double-well potential, photon-number distribution), a circuit diagram, and a real false-coloured optical micrograph of the square chip (1 mm scale bar) with SNAIL-based qubit pads, filters and meandering readout resonators. From the arXiv paper "High-Coherence Kerr-cat qubit in 2D architecture" by Ahmed Hajr and co-authors. It illustrates a superconducting cat-code qubit built from two opposite-phase coherent states, which makes bit flips rare; notice the Purcell filters that shield the qubit from its readout line. “Fig. 1 — Figure 1: Kerr-cat qubit encoding and 2D chip architecture. (a) The Bloch sphere for the Kerr-cat qubit is spanned by the cat states along the x-axis and the…” by Ahmed Hajr et al., arxiv.org/abs/2404.16697, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 1 — Figure 1: (a) Schematic of the setup: Two cavities are coupled through a Josephson junction. A weak resonant drive εb and a strong off-resonant p — A two-panel drawing, not a device. (a) A low-Q readout cavity (blue) coupled through a Josephson junction to a high-Q storage cavity (red), each with a port (wavy arrows); (b) the storage cavity's states drawn as a sphere whose poles are the cat states |C+⟩ and |C−⟩ (Wigner-function icons), purple arrows pushing every state toward it. It is Figure 1 of arXiv 2609.15477, 'Engineering dissipation and control pulses for high-fidelity fault-tolerance quantum computing', by Shao-Wei Xu and co-authors. It illustrates cat-code encoding in a superconducting bosonic cavity mode: a weak resonant drive and a strong off-resonant pump create engineered dissipation that steers states into the protected cat subspace. “Fig. 1 — Figure 1: (a) Schematic of the setup: Two cavities are coupled through a Josephson junction. A weak resonant drive εb and a strong off-resonant…” by Shao-Wei Xu, Zhe-Yuan Zhang, Yi-Tong Shi, Ye-Hong Chen, Yan Xia, arxiv.org/abs/2609.15477, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 1 — Figure 1: Generalized photon subtraction in picosecond wave packets for high-rate non-Gaussian-resource generation. (a) Generalized photon subtracti… — An optical drawing and two plots. (a) Generalized photon subtraction: two squeezed light beams meet on a beam splitter, and a photon-number-resolving detector heralds a squeezed 'Schrödinger cat' state (a superposition of two opposite coherent states), which is then adaptively squeezed; an inset contrasts conventional nanosecond-spaced pulses with picosecond ones; (b) quadrature versus phase for a plus cat (α=1.5), showing the 'alive' and 'dead' parts interfering; (c) its Wigner function with negative fringes. From arXiv 2606.24002, 'Picosecond Schrödinger cat states for ultrafast optical quantum processing', by Endo, Takase, Furusawa and co-authors. Cat states feed cat codes and GKP (Gottesman–Kitaev–Preskill) qubits in optical quantum computing; shorter pulses allow faster clock rates. “Fig. 1 — Figure 1: Generalized photon subtraction in picosecond wave packets for high-rate non-Gaussian-resource generation. (a) Generalized photon subtraction (GPS) is…” by Mamoru Endo et al., arxiv.org/abs/2606.24002, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

enc_cat · layer 2 קידוד · centrality 7.4 · demonstrated · since 2020 · updated 2026-09-30

קידוד חתול (רעש מוטה)

קיוביט של מצבים קוהרנטיים המיוצב בדיסיפציה דו-פוטונית, שהיפוכי הביט שלו יורדים מעריכית עם מספר הפוטונים, בעוד שהיפוכי הפאזה עולים איתו ליניארית.

Verdict. ההטיה ממשית אך קטנה במקום שבו נמדדה — הטיה > 25 תחת CX ב-n̄ = 2; הערכות המשאבים מרמזות על זמן חיים של מהוד סביב 50 ms, פי שניים מהטוב ביותר שנבנה אי פעם.

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

קיוביט הנפרש בידי שני מצבים קוהרנטיים של אופן מהוד, המוחזק שם בחילוף דו-פוטוני מהונדס עם חוצץ בעל הפסדים. היפוכי ביט חייבים לחצות את מרחב הפאזה בין האונות, ולכן הם מדוכאים מעריכית ב-n̄; אובדן פוטון אחד הופך את הפאזה, ליניארית ב-n̄. הודגם מסביבות 2020 (Lescanne, Leghtas ועמיתיהם), ומוסחר בידי Alice & Bob ו-AWS. אין לו זמן שער או קריאה משלו; התוצר היחיד שלו הוא האסימטריה.

פיזיקה וגבולות

Γ_Z ≈ n̄/T1: הקידוד ממיר את זמן החיים של המהוד ישירות לאיכות לוגית, ומספר הפוטונים קונה דיכוי של היפוכי ביט במחיר ליניארי. Ocelot סוגר את המעגל: ב-n̄ = 2 זמן החיים של אופן האחסון הוא 57–68 µs D[80]. אם מריצים את החשבון הזה בנקודת הפעולה שההערכות מניחות, n̄ ≈ 19 ו-10⁻³ היפוכי פאזה למחזור, ה-T1 הנדרש של המהוד הוא n̄·t/p ≈ 53 ms S[80], [95]. זיכרון המהוד הטוב ביותר שפורסם הוא 25.6 ms, והוא נבנה בניתוק האופן מקיוביט העזר שלו — ההפך ממה שחתול מיוצב עושה D[319]. זו הרצפה: הטיעון בדבר מספר הקיוביטים הוא טענה על זמן החיים של המהוד תחת הנעה חזקה. מה שמזיז אותה: אובדן נמוך יותר של פוטון יחיד בהספק שאיבה גבוה, או חתולים סחוטים D[78].

מצב ההנדסה העדכני

טבלה

תאריך	נתון	מי	תג
2025-02	לכל CX ב-n̄ = 2: היפוך פאזה 9.6(4)×10⁻², היפוך ביט 3.5(4)×10⁻³ → הטיה > 25, בסרק > 30; קוד חזרה 1.75(2)% (d=3, n̄=1) → 1.65(3)% (d=5, n̄=1.5) למחזור של 2.8 µs	AWS/Caltech	D[80]
2025-09	שבב של 12 חתולים: זמן היפוך ביט ממוצע 44 min, שיא 252 min, ראשוני	Alice & Bob	C[77]
2025-02	גרסת החתול הסחוט: זמן היפוך ביט 22 s	Alice & Bob	D[78]

היפוך הפאזה שולט: ~10⁻¹ למחזור במקום שבו קוד אכן רץ, לעומת ~10⁻³ שהונחו; דיכוי היפוכי הביט חדל להיות הבעיה לפני שנתיים.

ה-9.6×10⁻² הוא שגיאת היפוך הפאזה של שער ה-CX ב-n̄ = 2, לא נתון למחזור תיקון שגיאות; הטיית הרעש היא > 25 תחת ה-CX ו-> 30 במנוחה, וה-"27–33" שבתפוצה הם זמני היפוך פאזה ב-µs, לא ערכי הטיה D[80]. זמן היפוך הביט הממוצע של 44 דקות בשבב 12 החתולים (ספטמבר 2025) הוא מקדמי ופורסם על ידי היצרן, ללא המשך שעבר ביקורת עמיתים, ודף מפת הדרכים של היצרן נותן שיא של 252 דקות לאותה תקופה. דרישת אורך החיים של המהוד, 53 ms, נגזרת מ-Γ_Z ≈ n̄/T1 תחת ההנחות של ההערכות עצמן; אף מקור אינו מציין אותה. הזכייה של Nord Quantique בשלב B של QBI [65] מממנת את מסלול ה-GKP שלה, שאינו משתמש בקידוד זה.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

אין לו שלב ייצור משלו; הוא מוסיף למהוד המארח משאבה פרמטרית רציפה ואופן חוצץ. המשאבה הזאת היא עלות הקלט-פלט: קו הנעה, קו שאיבה ושרשרת קריאה לכל חתול — דרך טרנסמון עזר משותף ב-Ocelot, ודרך החוצץ ב-Alice & Bob Cfact. Ocelot מקצה חמישה חוצצים וארבעה טרנסמוני עזר לחמישה חתולים D[80]. ב-10³ חתולים הקיר הוא מספר קווי השאיבה וחימום המשאבה ביחידת דילול אחת; 10⁴–10⁶ דורשים הנעה קריוגנית מרובבת, שלא הודגמה כאן. שרשרת האספקה והחשיפה לפיקוח על יצוא הן של המהוד המארח.

תפקיד במחסנית

ארכיטקטורה: קיוביטים בוזוניים במהודים — חתול ו-GKP, שבה הוא הקידוד הראשי. דורש אופן בוזוני של מהוד; מספק את הקיוביט הפנימי המוטה לשרשור חזרה-חתול ו-LDPC-חתול ולשער CNOT חתול–חתול. הוא מחליף את הקידוד הדו-רמתי החשוף, הוא חלופה ל-GKP, והוא מתנגש עם קוד המשטח הלא מוטה. סבב נגזר של 1.44 µs, הנקבע בידי השערים, לעומת מחזור סינדרום נמדד של 2.8 µs D[80]. אימות: נקודות המרחק 3 והמרחק 5 נלקחו ב-n̄ = 1 וב-n̄ = 1.5, ולכן "שטוח עם המרחק" מערבב את המרחק עם נקודת הפעולה D[80]. זמן היפוך הביט הממוצע של 44 דקות הוא ראשוני; מפת הדרכים של אותו ספק מצטטת שיא של 252 דקות מאותה ריצה C[77]C[412].

שחקנים וכלכלה

מי.

ארגון	תפקיד	מדינה	מה בדיוק הם עושים	ראיות
Alice & Bob	מפתח	צרפת	שיאי היפוך ביט, Helium עם 18 חתולים, מפת דרכים של חתולים בלבד	C[77]
AWS	מפתח	ארה״ב	Ocelot, קוד החתול היחיד שפורסם עם תקציב שגיאות	D[80]
DARPA	מממן	ארה״ב	שלב B בחר ב-Nord Quantique, לא ב-Alice & Bob	fact

כספים.
2025-01-28 · Alice & Bob · סבב B · €100 M · — · נסגר fact
2026-05-22 · Alice & Bob · הרחבת סבב B · לא נמסר · בהובלת NVentures · נסגרה C[88]

שוק ושרשרת אספקה. שום דבר אינו נמכר בשכבה הזאת; הקידוד הוא בחירת תכנון על גבי שרשרת האספקה של המהודים, הנקנית כהבטחה בנוגע ל-G3 ול-G4. העסק של Alice & Bob נשען עליו.

קניין רוחני ותקנים. לא נמצאה משפחת פטנטים מתוארכת הייחודית לקידוד חתול; הבקשות נוגעות לשערים, למשאבות ולקריאה.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. הסולם שפורסם עובר מ-Helium (18 חתולים, לוגי אחד, 10⁻², סופק 2026-06) → Lithium (48/4, 10⁻³) → Beryllium (250/5, 10⁻⁴) → Graphene (2,000/100, 10⁻⁶, 2030) R[412]. השבבים מגיעים בזמן, אך לא פורסם שיעור שגיאות לוגיות לאף אחד מהם, ולכן כל מספר מגדיר הוא הבטחה. AWS לא פרסמה מפת דרכים לחתולים מעבר ל-Ocelot.

פרשנות אסטרטגית. אם היפוך הפאזה למחזור ירד בשני סדרי גודל, קידוד החתול ינצח במספר הקיוביטים הפיזיים; אם לא, הענף הוא טכנולוגיית זיכרון, והתקציב יעבור ל-qLDPC או למחיקה במסילה כפולה.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר עד 2027 אם היפוך הפאזה למחזור ירד מתחת ל-10⁻² עם הטיה מעל 100 ב-n̄ קבוע; להוריד בדרגה את טענות היעילות אם יישאר סביב 10⁻¹. התרחיש הטוב ביותר ל-2029: חתול ב-n̄ ≥ 5 עם זמן חיים של מילישניות תחת ייצוב פעיל. התרחיש הגרוע ביותר: ההטיה מגיעה לרוויה, וההערכות של 758 חתולים ושל 126,133 חתולים נשארות מחוץ להישג יד S[95], [96]. פתוח: האם הסחיטה שורדת פעולה רב-קיוביטית; האם אפשר להעלות את הספק השאיבה בלי להעמיס על T1? לעקוב: Lithium וכל יורש ל-Ocelot.

מקורות

[65] DARPA, “Stage B selection,” Nov. 6, 2025. [Online]. Available: https://www.darpa.mil/research/programs/quantum-benchmarking-initiative/stage-b-selection [G]
[77] N. Coppola, “Alice & Bob Shares Preliminary Results Vastly Surpassing Previous Bit-Flip Time Record,” Alice & Bob, Sep. 25, 2025. [Online]. Available: https://alice-bob.com/newsroom/alice-bob-surpasses-bit-flip-stability-record [C]
[78] N. Coppola, “Alice & Bob Improves Error Suppression in Quantum Computers by 'Squeezing' Cat Qubits,” Alice & Bob, Mar. 11, 2025. [Online]. Available: https://alice-bob.com/newsroom/squeezed-cat-qubit/ [D]
[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]
[88] N. Coppola, “Alice & Bob announces Series B Extension,” Alice & Bob, May 22, 2026. [Online]. Available: https://alice-bob.com/newsroom/alice-bob-announces-series-b-extension/ [C]
[95] É. Gouzien, D. Ruiz, F.-M. Le Régent, J. Guillaud, and N. Sangouard, “Performance Analysis of a Repetition Cat Code Architecture: Computing 256-bit Elliptic Curve Logarithm in 9 Hours with 126133 Cat Qubits,” Phys. Rev. Lett., vol. 131, Art. no. 040602, Jul. 2023, doi: 10.1103/PhysRevLett.131.040602. arXiv:2302.06639. [S]
[96] D. Ruiz, J. Guillaud, A. Leverrier, M. Mirrahimi, and C. Vuillot, “LDPC-cat codes for low-overhead quantum computing in 2D,” Nat. Commun., vol. 16, Art. no. 1040, 2025, doi: 10.1038/s41467-025-56298-8. arXiv:2401.09541. [S]
[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]
[412] Alice & Bob, “Roadmap,” Jun. 23, 2026. [Online]. Available: https://alice-bob.com/roadmap/ [C]