פלוקסוניום

Raveh Neeman

doi:10.5281/zenodo.22674814

פלוקסוניום fluxonium

קיוביט מוליך-על שצומת הג'וזפסון שלו מחובר במקביל למערך צמתים, בתדר 0.2–1 GHz, עם אנהרמוניות גדולה ו-T1 ארוך, הנקנים במחיר של קו ממתח שטף לכל קיוביט.

fluxonium · שכבה 1 נושא הקיוביט · הודגם · מאז 2009

פתח במפה

קיוביט מוליך-על בתדר נמוך (0.2–1 GHz) בעל אנהרמוניות גדולה; T1 ארוך יותר, בממתח שטף.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[40] L. Ding et al., “High-Fidelity, Frequency-Flexible Two-Qubit Fluxonium Gates with a Transm… · 2023

[39] W.-J. Lin, H. Cho, Y. Chen, M. G. Vavilov, C. Wang, and V. E. Manucharyan, “24 days-stable… · 2024

[317] S. Miller, “Fast control methods enable record-setting fidelity in superconducting qubit,”… · 2025

[316] D-Wave Quantum Inc., “Digital control of a high-coherence fluxonium qubit,” D-Wave Quantum… · 2026

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא: מיוצר
(b) זמן · שזירה: 50 ns · דטרמיניסטית
(c) קריאה: דיספרסיבית במיקרוגל · 316 ns · לא הרסנית · mid-circuit
(d) ניידות: חיווט סטטי לשכנים קרובים
(e) בקרה: חשמלית בתדר נמוך @ טמפרטורת החדר
(f) מבנה השגיאה: פאולי סטוכסטית, קוהרנטית / כיול
(g) ייצור: ליתוגרפיה של מוליכי-על

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

record 2Q (CNOT, Manucharyan group) → 99.94% in 60 ns, > 99.9% over 24 days

מגדירה: ערוץ השגיאה · 2024-07 · מקור

MIT FTF CZ (RL-optimised mean) → 99.922%

מגדירה: ערוץ השגיאה · 2023-09 · מקור

Atlantic Quantum נקלטה ב-Google (אוקטובר 2025); בקרת DAC-שטף על השבב של D-Wave על פלוקסוניום (ינואר 2026); DR17/DR49/DR181 של D-Wave הם קיוביטי מהוד במסילה כפולה, לא פלוקסוניום.

רשומות סטנדרטיות

רלקסציית T1 → 1.0 ms · הטוב ביותר

Somoroff et al. fluxonium: T1 stable around 1 ms over several months of operation · 2021-03 · מקור [D] ⓘ

קוהרנטיות T2 (הד/DD) → 1.5 ms · הטוב ביותר

Somoroff et al. fluxonium: Ramsey T2* = 1.48 +/- 0.13 ms; no spin-echo T2 is reported · 2021-03 · מקור [D] ⓘ

זמן שער 1Q → 80 ns · הטוב ביותר

Somoroff fluxonium X/2 and Y/2: Gaussian-edged square pulses, 60 ns plateau + 2x5 ns edges = 80 ns, >0.9999 avg fidelity · 2021-03 · מקור [D] ⓘ

שגיאת סרק / זיכרון לסבב → לא פורסם · טיפוסי

No fluxonium QEC round has been run; no idle/memory error per round is published · 2021-03 · מקור [D] ⓘ

שחקנים ויעדים — ביאורים

סריג טרנסמונים עם מצמדים ברי-כוונון (חלופית) — IBM (Heron, Nighthawk), Google (Willow), Rigetti, IQM, OQC, USTC/Zhejiang, Fujitsu/RIKEN, QuantWare · G2 G3 G4

קשתות

דורשת: ליתוגרפיה של קיוביטים מוליכי-על (צמתי Al/AlOx/Al, חיווט Nb, 300 mm)

נחוצה עבור: CZ / iSWAP במצמד בר-כוונון°, קיוביט פיזי חשוף (ללא קידוד)°, קריאה דיספרסיבית במיקרוגל (+TWPA, מסנן פרסל)°

חלופות: טרנסמון

מתנגשת עם:

בקרה ספרתית SFQ (4 K / mK) פתוחה — לא הוצגה הפחתה בקנה מידה

פוטוני מיתוג מעל 2Δ שוברים זוגות קופר בסרט הצומת — המנגנון של הטרנסמון, שטרם נמדד בפלוקסוניום

מחיר מוסק ממקרה הטרנסמון: אותם צמתי אלומיניום, אותם פוטונים שוברי-זוגות; לא דווח על פלוקסוניום המונע בפולסי SFQ, ופלוקסוניום בממתח של חצי קוונט שטף רגיש פחות ממנהור קוואזי-חלקיקים מאשר טרנסמון (Pop et al. 2014), ולכן המחיר עשוי להיות נמוך יותר

הפחתה כמו בטרנסמון: מעגל ההנעה על פיסה נפרדת, הגבלת רוחב סרט, מלכודות קוואזי-חלקיקים, מיגון · 2023-09

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

אינה בשימוש באף מכונה במרשם

תמונות

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

File:Fluxonium Qubit.png — A composite figure: the main panel is an electron micrograph (5 µm scale bar) of a fluxonium superconducting loop, with a circuit schematic and a false-colour optical micrograph of the antenna pads (50 µm scale bar) as insets. It is credited to Cottet, Xiong, Nguyen et al., dated 2021. Fluxonium shunts one small Josephson junction with a long chain of larger junctions acting as a large inductance; notice the ladder-like chains along both sides and the single small junction at top left. “Fluxonium Qubit” by Cottet, N., Xiong, H., Nguyen, L.B. et al., commons.wikimedia.org/wiki/File:Fluxonium_Qubit.png, CC BY SA 4.0 (creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)

Fig. 8 — Figure 8: (a) The optical image of the chip. (b) The optical image of coupler two qubits and coupler. (c) SEM images of the fluxonium device, magnif… — A five-image paper figure of a superconducting two-qubit chip. (a) Optical image of the whole chip (500 µm scale bar) with comb-shaped capacitors; (b) optical close-up of the two fluxonium qubits and the coupler (100 µm); (c) scanning-electron micrographs zooming from a tilted view to a Josephson-junction chain (5 µm) and one small junction (200 nm scale bar). It is Fig. 8 of arXiv 2203.16302 (March 2022) by Ilya N. Moskalenko, Ilya S. Besedin and colleagues, on high-fidelity two-qubit gates on fluxoniums using a tunable coupler. A fluxonium is a small junction shunted by a long junction chain, a large inductance; the gate uses fluxoniums rather than transmons. “Fig. 8 — Figure 8: (a) The optical image of the chip. (b) The optical image of coupler two qubits and coupler. (c) SEM images of the fluxonium device, magnified image…” by Ilya N. Moskalenko et al., arxiv.org/abs/2203.16302, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 3 — Figure 3: Two-fluxonium device characterization. (a) Micrograph and (b) schematic of the characterized device. (c) SEM image of Q2, with zoom-ins on… — A six-panel figure: an optical micrograph of a chip with two fluxonium qubits and readout resonators (1 mm scale bar), a circuit schematic, electron micrographs of a qubit, its small Josephson junction and its chain of junctions, and spectroscopy data. It comes from the arXiv paper "An ultracompact dilution refrigerator for fast quantum device characterization" by Geffroy and co-authors. It shows the fluxonium qubit — a small junction shunted by a large junction-chain inductance — read out dispersively; notice the junction chain in the last micrograph. “Fig. 3 — Figure 3: Two-fluxonium device characterization. (a) Micrograph and (b) schematic of the characterized device. (c) SEM image of Q2, with zoom-ins on the…” by Clment Geffroy et al., arxiv.org/abs/2608.18699, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

fluxonium · layer 1 נושא הקיוביט · centrality 6.7 · demonstrated · since 2009 · updated 2026-09-04

פלוקסוניום

קיוביט מוליך-על שצומת הג'וזפסון שלו מחובר במקביל למערך צמתים, בתדר 0.2–1 GHz, עם אנהרמוניות גדולה ו-T1 ארוך, הנקנים במחיר של קו ממתח שטף לכל קיוביט.

Verdict. הנתון הדו-קיוביטי הטוב ביותר מכל נושא מוליך-על (CNOT 99.94%, 60 ns, יציב 24 ימים), ועם זאת נכון לתאריך 2026-09-04 אינו נושא הקיוביט של שום מוצר; הוא ינצח רק אם בקרת שטף קריוגנית תגיע לפני שמצמדי טרנסמון יסגרו את הפער.

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

מעגל מוליך-על המחובר במקביל להשראות גדולה של מערך צמתים, המציבה את המעבר 0→1 בתחום 0.2–1 GHz עם אנהרמוניות בסדר גודל של GHz; Manucharyan, Koch, Glazman ו-Devoret, 2009. דיספרסיית המטען מתאפסת.
תכונות: נושא מיוצר; שזירה דטרמיניסטית ~50 ns (10^-7.3 s); קריאה דיספרסיבית ~0.3 µs, לא-הורסת, ניתנת לביצוע באמצע המעגל.
ניידות סטטית; בקרת שטף בתדר נמוך בטמפרטורת החדר; שגיאות פאולי ושגיאה קוהרנטית; ליתוגרפיה של מוליכי-על.

פיזיקה וגבולות

ההפסד הדיאלקטרי גדל עם ω, ולכן T1 של 160–260 µs בתדר ~300 MHz הוא עניין שגרתי, במקום שבו טרנסמון נאבק באותו אמבט ב-5 GHz D[39]. אלא שב-20 mK מתקיים kT/h ≈ 420 MHz: שיווי המשקל משאיר עשרות אחוזים מהאוכלוסייה ב-|1⟩, ולכן איפוס אקטיבי (~98% D[315]) הוא הכרחי. הרצפה היא דה-פאזה מרעש שטף מסוג 1/f — T2* של 20–110 µs לעומת אותם ערכי T1 D[39], [316] — מסדר שני בנקודת האופטימום, ואינה ניתנת לכוונון. בשער ה-CNOT של השיא, לעומת זאת, האיבר השולט הוא קוהרנטי: היפוכים לא-תהודתיים של קיוביט הבקרה, עם שגיאה שיורית מתחת ל-2×10⁻⁴ D[39]. את הרצפה מזיז ממתח שקט יותר, הנוצר קרוב יותר לשבב.

מצב ההנדסה העדכני

טבלה

תאריך	נתון	מי	תג
2023-09-25	CZ 99.922 ± 0.009% (ממוצע לאחר אופטימיזציה ב-RL)	MIT / MIT Lincoln Lab	D[40]
2024-07-22	CNOT 99.94% ב-60 ns, >99.9% במשך 24 ימים ללא כיול	Maryland–EPFL–UMass–Wisconsin	D[39]
2025-01-14	שער חד-קיוביטי 99.998%	MIT EQuS	D[317]
2026-01-23	בקרת DAC-שטף על השבב, T1 ≈ 200 µs נשמר	D-Wave	D[316]

כולם התקנים של קיוביט אחד או שניים; נכון ל-2026-09-04 אין סריג פלוקסוניום ואין מחזור תיקון שגיאות.

D-Wave מציינת 200 חוטי הטיה (2026-01-06) ו-~300 קווי הטיה (2026-01-23) לאותה תכנית מחשלן fact. לא פורסם: משך שער ה-CZ של MIT בנאמנות 99.922%, שתמצית ה-PRX אינה מציינת, ומשפחת פטנטים מתוארכת ייחודית לפלוקסוניום.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

אותה ליתוגרפיית צמתים של Nb/Al כמו בטרנסמון, ואיתה מפעלי הייצור שלו ובעיית ה-TLS שלו; התקני השיא מגיעים מ-MIT Lincoln Laboratory, ואין ספק מסחרי. עלות הקלט-פלט היא קו הנעה, קו קריאה וקו שטף לכל קיוביט: מקרר נושא כמה מאות קווי ממתח DC, ולכן העומס מתחיל להכביד ב-10³, וב-10⁴–10⁶ הממתח חייב להיווצר בשלב הקריוגני. D-Wave מרכיבה בשיטת השבב ההפוך פיסת Φ-DAC מרובבת מעל מרווח של ~7 µm ב-10 mK, ללא דה-קוהרנטיות נוספת הניתנת להבחנה (T1 ≈ 200 µs D[316]), ורכיבי מפתח מגיעים מ-NASA JPL C[281]; ב-Shenzhen מעבירים את XY ואת Z בקו חם אחד לכל קיוביט D[315]. החשיפה לפיקוח על יצוא היא זו הכללית של מוליכי-העל (US EAR ECCN 3A901).

תפקיד במחסנית

חלופה ישירה בשכבה 1 על סריג הטרנסמונים עם מצמדים ברי-כוונון, המחליפה את הטרנסמון היכן שהקוהרנטיות חשובה מפשטות הבקרה; שום דבר בהמשך המחסנית אינו דורש אותה. שער ה-60 ns שלו אינו קובע את קצב השעון הנגזר — את זה קובעת הקריאה הדיספרסיבית ב-~0.3 µs, כמו בטרנסמון — ולכן הפלוקסוניום קונה הפחתת שגיאה, לא מהירות. אימות: המספרים הבולטים הם ממוצעי RB על זוגות מבודדים, עיוורים להפרעה הדדית בסריג, לסחיפת שטף ולדליפת פלוקסונים, והערך 99.94% לא שוחזר; שיא ה-99.92% של הדוח הראשי D[40] הוחלף בו, והערך 99.922% הוא עצמו ממוצע לאחר אופטימיזציה ב-RL (שיאים ללא סיוע: 99.85–99.9%).

שחקנים וכלכלה

מי.

ארגון	תפקיד	מדינה	מה בדיוק הם עושים	ראיות
Google	מפתח	ארה״ב	קלטה את צוות הפלוקסוניום של Atlantic Quantum; שותקת מאז	P[55]
D-Wave	מפתח	ארה״ב	בקרת Φ-DAC על השבב של פלוקסוניום	D[316]
University of Maryland	מחקר	ארה״ב	CNOT 99.94% בקבוצת Manucharyan	D[39]
S Lab, Shenzhen	מחקר	סין	בקרת שטף מאוחדת בערוץ יחיד	D[315]

כספים.
2025-10-03 · Google · רכישת Atlantic Quantum · התנאים לא פורסמו · נסגרה P[55]fact
2025-11-06 · Atlantic Quantum · נעדרת משלב B של QBI (11 צוותים, ≤ $15 M לכל אחד) · DARPA · רשמי fact
2026-08-06 · D-Wave · הכנסות במחצית הראשונה של 2026 $5.9 M, מזומנים $546.2 M · דווח C[15]fact

שוק ושרשרת אספקה. אין שרשרת אספקה מסחרית: ערכת הרכיבים של הטרנסמון ועוד בקרה קריוגנית מבוססת DAC/SFQ, הנבנית רק בתוך החברה (D-Wave) או במעבדות ממשלתיות (JPL, MIT Lincoln Laboratory) — נקודת כשל יחידה במסלול הבקרה היחיד הניתן להרחבה. משתלמת עבור G3/G4 ו-G7.

קניין רוחני ותקנים. נכון ל-2026-09-04 לא נמצאה משפחת פטנטים מתוארכת הייחודית לפלוקסוניום; ספירות ההתקנים מוליכי-העל של PatSnap מ-2026-06-30 אינן מפולחות לפי נושא Pfact.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. Atlantic Quantum (2025-04 · מכונת פלוקסוניום במסגרת QBI · נקלטה, לא שרדה מפת דרכים). D-Wave (2026-06-01 · DR17/DR49/DR181 · קיוביטי מהוד בקידוד מסילה כפולה, לא פלוקסוניום Pfact) — עבודת הפלוקסוניום שלה היא קניין רוחני של בקרה, ללא מוצר נלווה.

פרשנות אסטרטגית. היתרון על פני טרנסמון טוב דק — מצמד הטרנסמון הכפול של Toshiba נותן CZ 99.90% ב-48 ns D[37] — ולכן הפלוקסוניום ינצח רק אם בקרת השטף הקריוגנית תגיע ראשונה. אז יתפסו את הערך ספקי הבקרה הקריוגנית וכושר החיבור של פיסות, והכוח יהיה בידי ספק שבב הבקרה, לא בידי מפעל הקיוביטים.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר עד סוף 2027: פלוקסוניום של ≥ 4 קיוביטים תחת בקרת שטף על השבב, עם RB דו-קיוביטי שפורסם, או שחזור של 99.94%; להוריד בדרגה אם אף אחד מהם לא יופיע. התרחיש הטוב ביותר ל-2029: שגיאת שער דו-קיוביטי קרובה ל-10⁻⁴ מקטינה את תקציב קוד המשטח עבור Λ נתון; התרחיש הגרוע ביותר: רעש המיתוג מפיסת הבקרה אוכל את יתרון הקוהרנטיות. האם רצפת רעש השטף שורדת ריבוב? האם קריאה בתחום 0.2–1 GHz יכולה להגיע ל-99.5% בסריג? מה עלה בגורל צוות Atlantic Quantum?

מקורות

[15] D-Wave Quantum Inc., “D-Wave Reports Second Quarter 2026 Results,” Aug. 6, 2026. [Online]. Available: https://www.dwavequantum.com/company/newsroom/press-release/d-wave-reports-second-quarter-2026-results/ [C]
[37] R. Li, K. Kubo, Y. Ho, Z. Yan, Y. Nakamura, and H. Goto, “Realization of High-Fidelity CZ Gate Based on a Double-Transmon Coupler,” Phys. Rev. X, vol. 14, no. 4, Art. no. 041050, Nov. 2024, doi: 10.1103/PhysRevX.14.041050. arXiv:2402.18926. [D]
[39] W.-J. Lin, H. Cho, Y. Chen, M. G. Vavilov, C. Wang, and V. E. Manucharyan, “24 days-stable CNOT-gate on fluxonium qubits with over 99.9% fidelity,” arXiv:2407.15783, Jul. 2024. [D]
[40] L. Ding et al., “High-Fidelity, Frequency-Flexible Two-Qubit Fluxonium Gates with a Transmon Coupler,” Phys. Rev. X, vol. 13, no. 3, Art. no. 031035, Sep. 2023, doi: 10.1103/PhysRevX.13.031035. [D]
[55] M. Swayne, “Atlantic Quantum Joins Google Quantum AI,” The Quantum Insider, Oct. 3, 2025. [Online]. Available: https://thequantuminsider.com/2025/10/03/atlantic-quantum-joins-google-quantum-ai/ [P]
[281] D-Wave, “D-Wave Demonstrates First Scalable, On-Chip Cryogenic Control of Gate-Model Qubits,” Jan. 6, 2026. [Online]. Available: https://www.dwavequantum.com/company/newsroom/press-release/d-wave-demonstrates-first-scalable-on-chip-cryogenic-control-of-gate-model-qubits/ [C]
[315] X. Pan et al., “Unified Flux Control Architecture for Fluxonium Qubits,” arXiv:2605.25948, May 2026. [D]
[316] D-Wave Quantum Inc., “Digital control of a high-coherence fluxonium qubit,” D-Wave Quantum Inc., Jan. 2026. [Online]. Available: https://www.dwavequantum.com/media/41upubz2/14-1090a-a_fluxonium-dac-control.pdf [D]
[317] S. Miller, “Fast control methods enable record-setting fidelity in superconducting qubit,” MIT News, Jan. 14, 2025. [Online]. Available: https://news.mit.edu/2025/fast-control-methods-enable-record-setting-fidelity-superconducting-qubit-0114 [D]