→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

קידוד רשת GKP enc_gkp

קיוביט המקודד במצבי רשת מחזוריים של אופן בוזוני אחד — מהוד מיקרוגל או אופן אופטי — המתקן הזזות קטנות בקוודרטורות ומוסר למפענח סינדרום אנלוגי.

קידוד רשת GKP

enc_gkp · שכבה 2 קידוד · מתהווה · מאז 2020
פתח במפה

מצבי רשת באופן בוזוני (מהוד מיקרוגל) או אופטי; מתקן הזזות קטנות; דורש סחיטה של ~10 dB.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[413] D. Gottesman, A. Kitaev, and J. Preskill, “Encoding a qubit in an oscillator,” Phys. Rev. … · 2001
[414] P. Campagne-Ibarcq et al., “Quantum error correction of a qubit encoded in grid states of … · 2020
[415] V. V. Sivak et al., “Real-time quantum error correction beyond break-even,” Nature, vol. 6… · 2023
[83] B. L. Brock et al., “Quantum error correction of qudits beyond break-even,” Nature, vol. 6… · 2025
[174] M. V. Larsen et al., “Integrated photonic source of Gottesman–Kitaev–Preskill qubits,” Nat… · 2025

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא
היברידי (מארח מיוצר)
(b) זמן · שזירה
—
(c) קריאה
—
(d) ניידות
—
(e) בקרה
—
(f) מבנה השגיאה
גאוסית (הזזות קטנות)
(g) ייצור
—

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

single-mode GKP logical error → 8.1×10⁻³/round (survival 0.24×0.39)
מגדירה: ערוץ השגיאה · 2026-07 · מקור
GKP qudit gain beyond break-even (UCSB + Google) → 1.82–1.87
מגדירה: ערוץ השגיאה · 2025-05 · מקור
best bosonic memory gain (GKP, Yale) → 2.27(7)
מגדירה: ערוץ השגיאה · 2023-03 · מקור

Nord Quantique (מיקרוגל), Xanadu (אופטי). העבודה על קודיט GKP היא של Brock et al. (UC Santa Barbara + Google, Nature 641, 612), לא של Yale; ה-SPAM של מצב הקסם אצל Nord Quantique הוא 8(5)×10⁻³ (7(7)×10⁻⁴ על המצבים הקרדינליים).

שחקנים ויעדים — ביאורים

פוטוניקה של משתנה רציף — GKP — Xanadu (Aurora) · G4 G6
קיוביטים בוזוניים במהודים — חתול ו-GKP (חלופית) — Alice & Bob, AWS, Nord Quantique · G3 G4

קשתות

דורשת: אופן בוזוני של מהוד°, אופן של אור סחוט (CV)°
נחוצה עבור: שרשור בוזוני (חזרה-חתול, LDPC-חתול, GKP+qLDPC)°
חלופות: קידוד חתול (רעש מוטה)
° אחת מכמה שהיו מתאימות · הדרך המקובלת, לא דרישה מחייבת

בשימוש: 3 מכונות (3 ראשית · 0 חלופית)

↗ 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. 3 — Figure 3: Characteristics of MBQC on noisy GKP cluster states (a) A GKP wave function at squeezing rate sgkp=12s=12 dB. As one decreases the squeez
A three-panel figure of computed plots: a Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) wavefunction drawn as a comb of peaks, gate infidelity versus squeezing, and maps of quantum volume versus squeezing and optical transmission. It is Figure 3 of the arXiv paper "Quantum Volume for Photonic Quantum Processors" by Yuxuan Zhang and co-authors. It shows what measurement-based computing on GKP cluster states needs: with weaker squeezing the red and blue peaks overlap, causing logical errors, and the grey band marks transmission too low for log2(QV) of 10 even with ideal squeezing. “Fig. 3 — Figure 3: Characteristics of MBQC on noisy GKP cluster states (a) A GKP wave function at squeezing rate sgkp=12s=12 dB. As one decreases the…” by Yuxuan Zhang, Daoheng Niu, Alireza Shabani, Hassan Shapourian, arxiv.org/abs/2208.11724, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 9 — Figure 9: (Color) The GKP-repetition code lattice Λrep=Λq⊕Λp= and dual lattice Λ¯rep=Λ¯q⊕Λ¯p_{
A four-panel line drawing of 3D point lattices (cubic, face-centred cubic and body-centred cubic cells) with arrows marking their generators, in position and momentum coordinates. It is Figure 9 of "Stabilizer subsystem decompositions for single- and multi-mode Gottesman-Kitaev-Preskill codes" by Mackenzie H. Shaw, Andrew C. Doherty and Arne L. Grimsmo (arXiv). These are mathematical pictures, not hardware: a GKP code stores a qubit in a grid of oscillator states, and combining three modes into a GKP-repetition code gives these three-dimensional lattices. “Fig. 9 — Figure 9: (Color) The GKP-repetition code lattice Λrep=Λq⊕Λp= and dual lattice…” by Mackenzie H. Shaw, Andrew C. Doherty, Arne L. Grimsmo, arxiv.org/abs/2210.14919, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 12 — Figure S9: Peak proliferation under tree-type breeding. Each panel shows the reconstructed Wigner function with its position-quadrature marginal P⁡…
Six plots of Wigner functions, maps of a light pulse's quantum state, with simulated states on top and measured ones below. They come from arXiv paper 2606.24002 by Endo, Takase, Furusawa and co-authors on picosecond Schrödinger cat states. Two 'breeding' steps turn a cat state into more peaks; in the lossless simulation a grid like a Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) qubit appears, while in the experiment the peaks form but the negative (blue) regions vanish. Notice how loss erases the quantum features. “Fig. 12 — Figure S9: Peak proliferation under tree-type breeding. Each panel shows the reconstructed Wigner function with its position-quadrature marginal P⁡(x)P(x) and…” by Mamoru Endo et al., arxiv.org/abs/2606.24002, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
enc_gkp · layer 2 קידוד · centrality 12.9 · emerging · since 2020 · updated 2026-09-30

קידוד רשת GKP

קיוביט המקודד במצבי רשת מחזוריים של אופן בוזוני אחד — מהוד מיקרוגל או אופן אופטי — המתקן הזזות קטנות בקוודרטורות ומוסר למפענח סינדרום אנלוגי.

Verdict. הקידוד היחיד שהסינדרום שלו רציף, והיחיד שכל מספר בולט שלו עדיין נמדד בבחירה בדיעבד. שגיאה לוגית בלתי מותנית עדיין לא פורסמה באף אחד משני הענפים.

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

Gottesman, Kitaev ו-Preskill (Phys. Rev. A 64, 012310, 2001) מקודדים קיוביט במסרק של מצבי רשת במקום/בתנע של מתנד אחד: המייצבים הם הזזות מתחלפות, והזזות קטנות ממחצית מרווח הסריג ניתנות לתיקון S[413]. מצבי רשת אידאליים דורשים אנרגיה אינסופית, ולכן כל התקן מקרב אותם בסחיטה סופית. התאריך 2020 ברשומת הגרף הוא Campagne-Ibarcq et al. (Yale, Nature 584, 2020-08-19): מצבי GKP ריבועיים ומשושים במהוד מיקרוגל מוליך-על, עם שגיאות לוגיות המדוכאות במשוב על מדידה לא-הורסת, ולא בבחירה בדיעבד D[414].
תכונות: מיוצר חלקית (0.75) — אופן של משתנה רציף בתוך מהוד מיוצר או מעגל פוטוני; אין לו ערוץ בקרה, קריאה או הובלה משלו; מבנה שגיאה גאוסי. "מצבי רשת באופן בוזוני (מהוד מיקרוגל) או אופטי; מתקן הזזות קטנות; דורש סחיטה של ~10 dB" (רשומת הגרף).

פיזיקה וגבולות

הסינדרום אנלוגי: מדידת כל קוודרטורה מודולו מחזור הסריג מחזירה מספר ממשי, ולכן המפענח מקבל את גודל ההזזה, לא ביט. המידע הרך הזה הוא הטיעון הארכיטקטוני של GKP, והסיבה לכך ששרשור GKP מתחת לקוד חיצוני עדיף על שרשור קיוביט חשוף. הרצפה היא הסחיטה: סחיטה סופית מרחיבה כל שן במסרק, וברגע שלהתפלגות ההזזות יש משקל מעבר למחצית מרווח הסריג, התיקון מפעיל את ההזזה הלא נכונה והשגיאה הופכת ללוגית. ה-~10 dB שברשומת הגרף הם הדרישה המעשית, התלויה בארכיטקטורה ואינה קבוע, והאובדן הוא שמכלה אותם. מה שמזיז את הרצפה: מהודים בעלי Q גבוה יותר, פוטוניקה בעלת אובדן נמוך יותר, רביית מצבים (breeding) להעלאת הסחיטה האפקטיבית מעל הסחיטה הפיזית, וקוד חיצוני המקל את הדרישה לכל אופן.

מצב ההנדסה העדכני

המיטב שהודגם הוא זיכרון, לא חישוב. רווח הקוהרנטיות הגדול ביותר מכל קוד בוזוני הוא עדיין ה-2.27(7) של Yale, על קיוביט GKP עם תיקון בזמן אמת המכוון בלמידת חיזוק D[415]; ההרחבה לקודיטים נותנת 1.82(3) לקוטריט ו-1.87(3) לקוקוורט, עם T₁ = 631 µs למהוד D[83]. קיוביט הרשת החד-אופני של Nord Quantique מגיע ל-0.0081(2) שגיאה לוגית לסבב ול-SPAM של 7(7)×10⁻⁴ במצבים הקרדינליים, אך רק בריצות ששרדו בחירה בדיעבד שבה כל המדידות מסכימות, 0.24 בהכנה × 0.39 במדידה D[82]. שום דבר כאן אינו דומה להגדלה של Λ, ואיבר התקציב השולט הוא שיעור הקבלה, לא שיעור השגיאה המותנה שמצוטט.

טבלה
שנה נתון מי תג+מפתח
2023-03 תיקון GKP בזמן אמת מעבר לנקודת האיזון, רווח 2.27(7) Yale D[415]
2025-05 קודיטים של GKP מעבר לנקודת האיזון: קוטריט 1.82(3), קוקוורט 1.87(3) UCSB/Google Quantum AI D[83]
2025-06 מצב GKP על שבב SiN משולב בטמפרטורת החדר, סחיטה אפקטיבית של 0.62 dB Xanadu D[174]
2026-07 קיוביט רשת חד-אופני: 0.0081(2)/סבב, הישרדות 0.24×0.39 Nord Quantique D[82]

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

לשני הענפים אין שרשרת אספקה משותפת. GKP במיקרוגל מיוצר בעיבוד שבבי, לא בליתוגרפיה: מהודים תלת-ממדיים מאלומיניום או מניוביום — זה של Nord Quantique בתכנון דו-עמודי — ועוד טרנסמון עזר ושרשרת קריאה לכל אופן, ומקרר שנפחו, ולא שטח הפרוסה, קובע את מספר הקיוביטים D[82]. GKP אופטי הוא תהליך ניטריד צורן של 300 mm בטמפרטורת החדר, ומניעי העלות הם יצירת האור הסחוט, גילוי המבחין במספר הפוטונים והזיווד; Xanadu מדווחת על אובדן צימוד-קצה של 0.085 dB לכל פאה, יחד עם Corning ו-DISCO Cfact. אין פיקוח יצוא ייחודי ל-GKP; ענף המיקרוגל יורש את ECCN 3A904 G[301].

בקרה, קריאה ועומס הקלט-פלט

GKP במיקרוגל כבד בבקרה לכל אופן. הייצוב דורש הנעות של הזזה מותנית ומשוב בתוך זמן החיים של המהוד, וכל אופן נושא טרנסמון עזר ששגיאותיו מתפשטות אליו — קיוביט העזר, ולא המהוד, הוא הגבול המעשי באחסון של 360 µs–1 ms D[82], [83]. יחידת הקלט-פלט היא אופן ועוד שרשרת בקרה וקריאה מלאה של טרנסמון, ולכן ב-10³ אופנים עומס החיווט עולה על זה של סריג טרנסמונים חשופים; היעילות משתלמת רק כאשר אופן אחד מחליף קיוביטים פיזיים רבים. GKP אופטי מחליף זאת בגילוי הומודיני לכל אופן ובהזנה קדימה ב-GHz על פני אלפי ערוצי גלאים, דבר שלא הוכח ברמת המערכת D[173].

תפקיד במחסנית

GKP דורש אופן בוזוני של מהוד בענף המיקרוגל, ואופן סחוט בכ-10 dB בענף האופטי; הוא מספק את הקיוביט הפנימי לשרשור בוזוני, והוא החלופה הישירה לקידוד חתול במשבצת הזאת. הוא יושב, כקידוד חלופי, בארכיטקטורת הקיוביטים הבוזוניים במהודים — חתול ו-GKP (Nord Quantique; Alice & Bob ו-AWS בגרסת החתול), וכקידוד הראשי בארכיטקטורת הפוטוניקה של משתנה רציף — GKP (Xanadu), שהתכנון שלה משרשר GKP מתחת לקוד חיצוני מסוג qLDPC Cfact. מעבר מחתול ל-GKP מחליף ערוץ מוטה בערוץ לא מוטה עם סינדרום אנלוגי: יש לתכנן מחדש את הקוד החיצוני. רשומת הגרף אינה קובעת זמן אופייני, ולכן תרומתו לשעון הנגזר (= סכום סבב הסינדרום: שכבות שערים + הובלה + קריאה + איפוס, 1.44 µs בארכיטקטורת החתול ו-GKP) היא סבב ייצוב שאף שחקן אינו מפרסם.

ראיות — כיצד נמדדו המספרים

שלושה גדלים מדווחים כאילו היו ברי השוואה. הרווח הוא יחס של קצבי דעיכה לעומת הקידוד הפסיבי הטוב ביותר D[83], [415]; השגיאה הלוגית לסבב מותנית בהישרדות D[82]; הסחיטה האפקטיבית היא מדד לאיכות המצב D[174]. אף אחד מהם אינו ניתן להמרה לאחר. הסחיטה האפקטיבית של 0.62 dB של Xanadu אינה ברת השוואה לסחיטת קוודרטורה גולמית, כמו 1.4 dB על ליתיום ניובט בשכבה דקה בקיטוב מחזורי D[345], וה-"24.1× מעל הסף" שלה הוא מדד של אובדן ברמת המערכת Rfact. נכון ל-4 בספטמבר 2026 אין שחזור עצמאי של תוצאות Nord Quantique או UCSB/Google.

דרישת הסחיטה של ~10 dB תלויה בארכיטקטורה; אף מאמר סף יחיד אינו קובע אותה. ה-"100+ לוגיים עד 2029" של Nord Quantique בא מחומר באתר החברה, ללא הודעה מתוארכת. לא פורסם: שיעור שגיאה לוגי בלתי מותנה (ללא בחירה בדיעבד) לאף הדגמת GKP, בשני הענפים; הקשר בין נתון אובדן המערכת של Xanadu, "פי 24.1 מעל הסף", לבין הסחיטה האפקטיבית שלה של 0.62 dB; ומשפחת פטנטים או קטגוריית פיקוח יצוא ייחודיות ל-GKP.

שחקנים וכלכלה

מי.
| ארגון | תפקיד | מדינה | מה בדיוק הם עושים | ראיות |
|---|---|---|---|---|
| Nord Quantique | מפתח | קנדה | קיוביטי רשת חד-אופניים במיקרוגל | D[82] |
| Xanadu | מפתח | קנדה | מקורות GKP אופטיים על שבב; ארכיטקטורת GKP מתחת ל-qLDPC | D[174] |
| Google Quantum AI | מחקר | ארה״ב | קודיטי GKP מעבר לנקודת האיזון, עם UCSB | D[83] |
| Corning | ספק | ארה״ב | זיווד מערכי סיבים לשבבים של Xanadu | Cfact |

כספים.

  • 2025-11-06 · Nord Quantique ו-Xanadu · נבחרו לשלב B של DARPA QBI · $5 M ראשוניים, עד $15 M לכל אחת · DARPA · נסגר fact
  • 2026-03-26 · Xanadu · רישום למסחר באמצעות SPAC עם Crane Harbor · ~$302 M ברוטו, ~40% מתחת לתוכנית · נסגר; נזילות של ~US$686 M ב-2026-06-30 Cfact
  • 2026-05-18 · Nord Quantique · הון צמיחה · $30 M לפי שווי של $1.4 B · נסגר Cfact
  • 2026-08-28 · Xanadu · מימון למפעל ב-Toronto · CAD 195 M · Government of Canada · הוכרז fact

שוק ושרשרת אספקה. איש אינו מוכר GKP; שני הענפים קונים את הציוד של פלטפורמת המארח שלהם — עיבוד שבבי של מהודים, קריאה ב-TWPA ומקררים מצד אחד, וקבוצה צרה של ספקי אור סחוט ושל גלאים המבחינים במספר הפוטונים, ועוד זיווד מתמחה, מהצד האחר. G3 ו-G4 הם היעדים היחידים המשלמים על GKP.

קניין רוחני ותקנים. לא נמצאה ספירה מתוארכת של משפחות פטנטים הייחודיות ל-GKP; הנתונים המצרפיים של הענף (IBM 4,388, Google 2,385 משפחות בסקירה של PatSnap שפורסמה ב-2026-06-30) אינם מפרידים את קידודי המשתנה הרציף P[312]. הבנייה מ-2001 היא ידע קודם, ולכן הקניין הרוחני שניתן להגן עליו נדחק להכנת מצבים, לרבייה ולמעגלי הבקרה של קיוביט העזר. לא נמצאה פעילות תקינה.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. Xanadu (הובטח 2026-08-31): אובדן 24.1× מעל הסף ב-2026 → 1.0× ב-2030, 200 קיוביטים לוגיים עד 2029, 1,000+ עד 2031, על ארכיטקטורת GKP ועוד qLDPC Rfact. Nord Quantique (חומר של החברה): 100+ לוגיים עד 2029 ביחס של "1:1 פיזי ללוגי" R[93]. Xanadu כימתה את מפת הדרכים שלה, אך גייסה ~40% מתחת לתוכנית, מול מצב טוב ביותר שפורסם של 0.62 dB; הטענה של Nord Quantique נשענת על התקן ששיעור ההישרדות המשולב שלו נמוך מ-10%.

פרשנות אסטרטגית. GKP הוא ההימור על יעילות חומרה מול הכוח הגס של קוד המשטח: אם פערי הסחיטה והקבלה ייסגרו, אופן אחד יחליף את עשרות עד מאות הקיוביטים הפיזיים שקוד חיצוני צריך. אם יישארו, שני המפתחים ייסוגו לקידודי חתול או לקידודי משתנה בדיד, ויאבדו את הטיעון בדבר מספר הקיוביטים העומד מאחורי השווי שלהם, בעוד ששחקני קוד המשטח הוותיקים לא יפסידו דבר. קידוד החתול הוא איום התחליף באותה משבצת.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר או להוריד בדרגה בתוך 12–24 חודשים: האם הדגמת GKP כלשהי תפרסם שיעור שגיאות לוגיות בלתי מותנה; האם Nord Quantique תעלה את ההישרדות המשולבת מעל 10%; האם מצב GKP אופטי יעבור סחיטה אפקטיבית של 1 dB. התרחיש הטוב ביותר עד 2029: קיוביט לוגי GKP רב-אופני מתחת לנקודת האיזון, ללא בחירה בדיעבד, מתחת לקוד חיצוני מסוג qLDPC. התרחיש הגרוע ביותר: הוא נשאר זיכרון בבחירה בדיעבד, בעוד שקידודי חתול ומחיקה נושאים את הארכיטקטורה הבוזונית.

מקורות
  1. [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]
  2. [83] B. L. Brock et al., “Quantum error correction of qudits beyond break-even,” Nature, vol. 641, no. 8063, pp. 612–618, May 2025, doi: 10.1038/s41586-025-08899-y. [D]
  3. [93] Nord Quantique, “Company website.” [Online]. Available: https://www.nordquantique.com/ [R]
  4. [173] H. A. Rad et al., “Scaling and networking a modular photonic quantum computer,” Nature, vol. 638, no. 8052, pp. 912–919, Jan. 2025, doi: 10.1038/s41586-024-08406-9. [D]
  5. [174] M. V. Larsen et al., “Integrated photonic source of Gottesman–Kitaev–Preskill qubits,” Nature, vol. 642, no. 8068, pp. 587–591, Jun. 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09044-5. [D]
  6. [301] US Department of Commerce, Bureau of Industry and Security, “Commerce Control List Additions and Revisions; Implementation of Controls on Advanced Technologies Consistent With Controls Implemented by International Partners,” Federal Register, vol. 89, p. 72926, Sep. 6, 2024. [Online]. Available: https://www.federalregister.gov/documents/2024/09/06/2024-19633/commerce-control-list-additions-and-revisions-implementation-of-controls-on-advanced-technologies [G]
  7. [312] PatSnap, “Quantum Computing Patent Landscape 2026,” Jun. 30, 2026. [Online]. Available: https://www.patsnap.com/resources/blog/rd-blog/quantum-computing-patent-landscape/ [P]
  8. [345] X. Shi et al., “Squeezed Light Generation in Periodically Poled Thin-Film Lithium Niobate Waveguides,” arXiv:2508.08599, Aug. 2025. [D]
  9. [413] D. Gottesman, A. Kitaev, and J. Preskill, “Encoding a qubit in an oscillator,” Phys. Rev. A, vol. 64, no. 1, Art. no. 012310, Jun. 2001, doi: 10.1103/PhysRevA.64.012310. arXiv:quant-ph/0008040. [S]
  10. [414] P. Campagne-Ibarcq et al., “Quantum error correction of a qubit encoded in grid states of an oscillator,” Nature, vol. 584, no. 7821, pp. 368–372, Aug. 2020, doi: 10.1038/s41586-020-2603-3. [D]
  11. [415] V. V. Sivak et al., “Real-time quantum error correction beyond break-even,” Nature, vol. 616, no. 7955, pp. 50–55, Apr. 2023, doi: 10.1038/s41586-023-05782-6. [D]