קידוד בזוגיות פרמיונית (טטרון)

Raveh Neeman

doi:10.5281/zenodo.22674814

קידוד בזוגיות פרמיונית (טטרון) enc_parity

קיוביט לוגי אחד בזוגיות הפרמיונית של ארבעה אופני מיורנה על שני תילים; Z ו-X הם הזוגיות של זוגות אופנים שונים, ושניהם אינם מקומיים.

enc_parity · שכבה 2 קידוד · תאוריה / תכנון בלבד · מאז 2025

פתח במפה

קיוביט בזוגיות המשותפת של שני תילי מיורנה; זמן החיים במדידת X קצר 1000× מזה של Z בנתוני 2025.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[421] T. Karzig et al., “Scalable designs for quasiparticle-poisoning-protected topological quan… · 2017

[21] M. Aghaee et al., “20 Second Parity Lifetime in an InAs–Pb Tetron Device,” arXiv:2606.0388… · 2026

[20] M. Aghaee et al., “Distinct Lifetimes for X and Z Loop Measurements in a Majorana Tetron D… · 2025

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא: מיוצר
(b) זמן · שזירה: —
(c) קריאה: —
(d) ניידות: —
(e) בקרה: —
(f) מבנה השגיאה: לא ידועה / שנויה במחלוקת
(g) ייצור: —

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

Z / X parity lifetimes → 12.4 ms / 14.5 µs in the quoted tuning (~9.3 ms / ~4 µs in others; the ~10³ ratio is robust, the point values are not)

מגדירה: ערוץ השגיאה · 2025-07 · מקור

הפער מיוחס לחתך הפעולה הגדול יותר ללכידת קוואזי-חלקיקים של לולאת X בת שני התילים — רעש שטף אינו הסיבה המוצהרת. DARPA US2QC: בשלב הסופי, אימות ותכנון משותף (Validation & Co-Design), מאז 2025-02-06, לא שלב B של QBI.

שחקנים ויעדים — ביאורים

טופולוגי — טטרון (מיורנה) — Microsoft · —

קשתות

דורשת: זוגיות מיורנה (טטרון InAs–Pb)

נחוצה עבור: שער מיורנה מבוסס-מדידה

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

בשימוש: 2 מכונות (2 ראשית · 0 חלופית)

טופולוגי 2
Majorana 1 Microsoft מאמר עיתונות ▣ Fig. 2 (single-qubit tetron gate schematic with measurement loops); §II.B Device design ✅
Majorana 2 Microsoft בלוג בלוג עיתונות ▤ Abstract ✅

↗ 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: Schematic of the sparse encoding for a single qubit, with the logical qubit labelled along with the parity conserving ancilla. Hybridizati… — A simple drawn schematic, not a picture of a device: four Majorana modes γ1–γ4, two boxed as the qubit and two as a parity-conserving ancilla, with arcs marking Z and X couplings. It is Figure 1 of the arXiv paper "Majorana braiding simulations with projective measurements" by Philipp Frey, Themba Hodge, Eric Mascot and Stephan Rachel. It illustrates fermion-parity (tetron-style) encoding: the qubit is stored in the joint parity of Majorana pairs, and letting pairs hybridize rotates the qubit state continuously. “Fig. 1 — Figure 1: Schematic of the sparse encoding for a single qubit, with the logical qubit labelled along with the parity conserving ancilla. Hybridization between…” by Philipp Frey, Themba Hodge, Eric Mascot, Stephan Rachel, arxiv.org/abs/2508.10106, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 1 — Figure 1: (a) Sketch of the poor man’s tetron: two semiconducting nanowires (blue) are connected by a shared SC floating island (silver); a set of e… — A two-panel drawing, not a photograph: a 3D render of two semiconductor nanowires joined by a shared superconducting floating island, with gate-defined quantum dots, gold gates and four leads, and a schematic of the model's Hamiltonian terms. It is Figure 1 of the arXiv paper "The poor man's Majorana tetron" by Maximilian Nitsch and co-authors. It illustrates a minimal Majorana tetron qubit built from coupled quantum dots; per the caption, the four leads are used to explore the emerging Kondo physics. “Fig. 1 — Figure 1: (a) Sketch of the poor man’s tetron: two semiconducting nanowires (blue) are connected by a shared SC floating island (silver); a set of…” by Maximilian Nitsch et al., arxiv.org/abs/2411.11981, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 1 — Figure 1: Braiding geometries and protocols. (a) Trijunction network and (b) quantum-dot-assisted architecture, showing the device layout to exchang… — Shaded schematic drawings, not device images, of two ways to exchange (braid) Majorana zero modes: a T-shaped nanowire junction with modes γ1-γ4 at the wire ends, and two wire segments linked by a quantum dot, each with step-by-step frames of the exchange. From "Noisy Braiding of Majorana Modes: A Comparison of Nanowire Trijunction and Quantum-Dot-Assisted Architectures" by Dibyajyoti Sahu and Suhas Gangadharaiah. Braiding is the intended gate operation of topological qubits; notice the modes moving along wire arms in one design and through the dot in the other. “Fig. 1 — Figure 1: Braiding geometries and protocols. (a) Trijunction network and (b) quantum-dot-assisted architecture, showing the device layout to exchange the…” by Dibyajyoti Sahu, Suhas Gangadharaiah, arxiv.org/abs/2608.09416, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

enc_parity · layer 2 קידוד · centrality 4.2 · theory / design only · since 2025 · updated 2026-09-04

קידוד בזוגיות פרמיונית (טטרון)

קיוביט לוגי אחד בזוגיות הפרמיונית של ארבעה אופני מיורנה על שני תילים; Z ו-X הם הזוגיות של זוגות אופנים שונים, ושניהם אינם מקומיים.

Verdict. אינו קידוד עובד נכון ל-4 בספטמבר 2026 — ערוץ ה-X שלו חי ~1000× פחות מערוץ ה-Z; הרלוונטיות שלו לסבילות לתקלות מופרכת, אלא אם היחס הזה יירד מתחת ל-10× עד 2028.

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

ארבעה אופני מיורנה על שני תילים המחוברים בשדרה מוליכת-על מחזיקים קיוביט אחד: Z הוא הזוגיות של זוג האופנים של תיל אחד, ו-X — של זוג המשתרע על שני התילים, ולכן אף אחד מהאופרטורים הלוגיים אינו מקומי. Karzig et al. הגדירו ב-2017 את פריסות הטטרון וההקסון, עם שערי קליפורד באמצעות מדידה ולא באמצעות קליעה S[421]. רק זוגיות מסוג Z נקראה עם נאמנות מוצהרת; מדידת ה-X שהקידוד דורש — לא D[21].
a מיוצר (1.0) · b אינו שער · c אין קריאה · d אין הובלה
e אין בקרה · f אסימטרי, ההרעלה שולטת · g יורש את ייצור התילים

פיזיקה וגבולות

ההגנה היא אורך ופער: פיצול הזוגיות יורד באופן מעריכי עם היחס בין האורך לאורך הקוהרנטיות, וההרעלה יורדת ככל שהפער עולה ביחס לטמפרטורה ולצפיפות הקוואזי-חלקיקים S[421]. אף אחד מהשניים לא פורסם. מה שפורסם במקומם: 12.4 ms בלולאת Z לעומת 14.5 µs בלולאת X בהתקן אחד D[20]. בשני המקרים זו זוגיות פרמיונית, ולכן גורם ה-~1000× הוא גאומטרי: לולאת X מקיפה את שני התילים ולוכדת קוואזי-חלקיקים על פני חתך פעולה גדול יותר D[20]. קוד זקוק לקצבים דומים בשני הבסיסים, וזו אינה הטיה שאפשר לנצל: הבסיס קצר החיים הוא זה ששער מבוסס-מדידה מטיל עליו יותר מכול. הזזת הרצפה פירושה פער גדול יותר (העופרת החליפה את האלומיניום D[21]), לכידת קוואזי-חלקיקים ולולאת X קטנה יותר.

מצב ההנדסה העדכני

טבלה

שנה	נתון	מי	תג+מפתח
2017	הוגדרו פריסות הטטרון וההקסון; שערי קליפורד במדידה בלבד	Microsoft	S[421]
2025-07	לולאת Z 12.4 ms מול לולאת X 14.5 µs, טטרון אחד	Microsoft Quantum	D[20]
2026-06	תיל אחד של טטרון אחד במערך; אין זוגיות משותפת	Microsoft Quantum	D[21]

לא הוכן מצב לוגי, אין מדידת X, ואין לטטרון זמן קוהרנטיות או שיעור שגיאות לוגיות D[21].

הטקסט ב-arXiv של [20] נותן גם X ~4 µs ו-Z ~9.3 ms לכיוונונים אחרים, לעומת ה-14.5 µs / 12.4 ms שצוטטו לעיל. אין טטרון שאינו של Microsoft. לא פורסם: פיצול מיורנה, יחס אורך התיל לאורך הקוהרנטיות או צפיפות קוואזי-חלקיקים לאף טטרון, ולכן אי אפשר לבדוק את טענת ההגנה מספרית; והאם אי-הסימטריה בין X ל-Z היא גאומטרית או מהותית.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

אין לו תהליך משלו; הקידוד קובע גאומטריה. שני תילים, שדרה והנקודות הסוגרות כל לולאה עולים בשטח ובשלבי תהליך יותר מתיל חשוף, ורכיבי הצימוד של לולאת X הם בדיוק מה שמדידה של Z בלבד חוסכת. ההכנסה לפעולה נעשית לכל התקן בנפרד: טכניקת ה-rf של 2026 מפרידה את פיצול מצבי קצות התיל ברזולוציה של µeV, כך שאפשר בכלל לכוונן התקנים במערך D[21]. מתחתיו נמצאת אפיטקסיית InAs–Pb פנימית, שלא שוחזרה מחוץ ל-Microsoft; אין קטגוריית פיקוח יצוא ייחודית לה.

תפקיד במחסנית

ארכיטקטורה: טופולוגי — טטרון (מיורנה), שבה הוא הקידוד הראשי. הוא דורש שני תילים לכל קיוביט ומספק את דרגת החופש הלוגית ששער מבוסס-מדידה היה פועל עליה; שום דבר אחר אינו צורך אותו, והוא אינו קובע שעון. האימות חד-צדדי: סטטיסטיקת טלגרף על לולאות זוגיות, אין שגיאה לוגית למחזור, אין Λ, אין טטרון בלתי תלוי. המחלוקת עמוקה יותר: ה-Matters Arising של Legg (2026-06-24) טוען שהאזורים שנקראו ב-2025 היו בעלי אי-סדר וחסרי פער, כך שהעצם המקודד טריוויאלי ולא מוגן; התגובה של Microsoft מאותו יום אינה מודה בדבר D[22]. קיוביט הזוגיות של QuTech בשרשראות קיטאייב מצומדות הוא קידוד חלופי עם הגנה מוגבלת, לא שחזור של הטטרון D[217].

שחקנים וכלכלה

מי.
| ארגון | תפקיד | מדינה | מה הם עושים | ראיות |
|---|---|---|---|---|
| Microsoft Quantum | מפתח | ארה״ב | הגדירה את הטטרון ומחזיקה בנתוני ה-Z/X היחידים | D[20] |
| DARPA | מממן | ארה״ב | השלב הסופי של US2QC, אימות ותכנון משותף (Validation & Co-Design), מאז 2025-02-06 | fact |
| QuTech | מחקר | הולנד | קידוד זוגיות מתחרה בשרשראות קיטאייב מצומדות | D[217] |
| Nokia Bell Labs | מחקר | ארה״ב | מסלול האניונים של אפקט הול הקוונטי השברי, קידוד אחר | Dfact |

כספים. 2025-02-06 · Microsoft · השלב הסופי של US2QC, אימות ותכנון משותף (Validation & Co-Design) · הסכום לא נמסר · DARPA · הוכרז fact. 2026-01-23 · Microsoft · Quantum Pioneers Program, תיקון שגיאות בין נושאי המענקים · ≤ USD 200,000 להצעה · הוכרז Pfact.

שוק ושרשרת אספקה. דבר אינו נמכר; הקידוד צורך תילים וקריאה, ומחזיר את ההשקעה רק ב-G4, לאחר שתהיה מדידת X.

קניין רוחני ותקנים. פריסת הטטרון היא השושלת שפרסמה Microsoft S[421]; נכון ל-4 בספטמבר 2026 אין ספירת פטנטים מתוארכת ייחודית לה.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. (הטטרון כיחידת הסבילות לתקלות, הובטח ב-2017, הוצהר מחדש ב-2026 עבור 2029; מצב ב-4 בספטמבר 2026: אין מדידת X, אין קיוביט לוגי) C[215]. תשע שנים מהתכנון ועד מדידה בתיל אחד, ללא אבן דרך ביניים ליחס X/Z.

פרשנות אסטרטגית. כל טענה טופולוגית בשכבות שמעל הקידוד הזה נשענת על היחס הזה. אם הפער ייסגר, יתרון הייצור של Microsoft יהפוך לקוד; אם לא, הטטרון יפנה את מקומו לשרשרת קיטאייב ארוכה יותר, וערימת התילים תאבד את הצדקתה. הסיכון הוא של ספק יחיד ותכנון יחיד.

תחזית ושאלות פתוחות

ניתן להפרכה בתוך 12–24 חודשים: כל מדידת זוגיות בבסיס X עם שגיאת הקצאה מוצהרת; יחס X/Z מתחת ל-100×; מדידה משותפת על פני שני טטרונים. לאשר על סמך שני הראשונים; להוריד בדרגה לתאוריה אם אף אחד מהם לא יופיע עד סוף 2027. התרחיש הטוב ביותר: תכנון מחדש של הלולאה ופער גדול יותר מביאים את X לתחום המילישניות; התרחיש הגרוע ביותר: ההרעלה בלולאת X מהותית, והתכנון ננטש. פתוח: האם האסימטריה גאומטרית או מהותית; האם מישהו יבנה טטרון מחוץ ל-Microsoft.

מקורות

[20] M. Aghaee et al., “Distinct Lifetimes for X and Z Loop Measurements in a Majorana Tetron Device,” arXiv:2507.08795, Jul. 2025. [D]
[21] M. Aghaee et al., “20 Second Parity Lifetime in an InAs–Pb Tetron Device,” arXiv:2606.03884, Jun. 2026. [D]
[22] H. F. Legg, “On the robustness of topological gap detection via transport,” Nature, vol. 654, no. 8120, pp. E22–E26, Jun. 2026, doi: 10.1038/s41586-026-10567-8. arXiv:2503.08944. [D]
[215] C. Nayak, “Majorana 2 – Microsoft's Scalable Quantum Processor With Reliable, Long-Lasting Qubits,” Microsoft Quantum. [Online]. Available: https://quantum.microsoft.com/en-us/insights/blogs/majorana-2-scalable-quantum-processor [C]
[217] F. Zatelli et al., “Majorana parity qubit in coupled minimal Kitaev chains,” arXiv:2607.09511, Jul. 2026. [D]
[421] T. Karzig et al., “Scalable designs for quasiparticle-poisoning-protected topological quantum computation with Majorana zero modes,” Phys. Rev. B, vol. 95, no. 23, Art. no. 235305, Jun. 2017, doi: 10.1103/PhysRevB.95.235305. arXiv:1610.05289. [S]