→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

תהודה צולבת (תדר קבוע, מיקרוגל בלבד) g_cr

שער שזירה במיקרוגל בלבד, המניע טרנסמון אחד בתדר קבוע בתדר של שכנו דרך אפיק סטטי; ללא קו שטף, ללא מצמד בר-כוונון.

תהודה צולבת (תדר קבוע, מיקרוגל בלבד)

g_cr · שכבה 3 מנגנון השער · הודגם · מאז 2011
פתח במפה

שער שזירה במיקרוגל בלבד על טרנסמונים בתדר קבוע; 180–500 ns; הוחלף במצמדים ברי-כוונון ב-IBM Heron.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[425] J. M. Chow et al., “Simple All-Microwave Entangling Gate for Fixed-Frequency Superconducti… · 2011
[287] A. Kandala et al., “Demonstration of a High-Fidelity CNOT Gate for Fixed-Frequency Transmo… · 2021
[426] C. Kim, J. Kang, and Y. Kwon, “Lattice patch structure for fixed-frequency transmon quantu… · 2026
[34] IBM Quantum, “What's new at IBM Quantum - Q2 2026.” [Online]. Available: https://www.ibm.c…
[72] IBM, “Quantum Roadmap.” [Online]. Available: https://www.ibm.com/roadmaps/quantum/

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא
מיוצר
(b) זמן · שזירה
316 ns · דטרמיניסטית
(c) קריאה
—
(d) ניידות
חיווט סטטי לשכנים קרובים
(e) בקרה
מיקרוגל @ טמפרטורת החדר
(f) מבנה השגיאה
קוהרנטית / כיול, פאולי סטוכסטית
(g) ייצור
ליתוגרפיה של מוליכי-על

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

CR CNOT with intrinsic static-ZZ suppression (Kandala) → 99.77(2)% in a single 180 ns pulse
מגדירה: ערוץ השגיאה · 2021 · מקור

Kandala 2021 מדכא את ה-ZZ הסטטי באופן מהותי (שני רכיבי צימוד קבועים המכווננים מחדש את הרמות המולבשות), לא בהנעת ביטול אקטיבית; הפולס הוא 180 ns, לא 320 ns. התהודה הצולבת (CR) נשארה השער המובנה של IBM עד Condor; Heron הציג את ה-CZ במצמד בר-כוונון.

רשומות סטנדרטיות

שגיאת 2Q בפעולה מקבילית על כל הרוחב → 0.017 · טיפוסי
ibm_sherbrooke (Eagle r3, 127 q, fixed-coupling CR): EPLG 1.7e-2 at chain length 100 (layer fidelity 0.19); 0.26 at N=80 · 2023-11 · מקור [D] ⓘ
הפרעה הדדית → לא פורסם · טיפוסי
No simultaneous-minus-isolated crosstalk figure is published for cross-resonance; Kandala 2021 reports static-ZZ suppression, not a rate · 2021-09 · 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: טרנסמון, אלקטרוניקה בטמפרטורת החדר + כבל קואקסיאלי/כבל גמיש לכל קיוביט°, בקר CMOS קריוגני (4 K / mK)°
חלופות: CZ / iSWAP במצמד בר-כוונון
מתנגשת עם:
קוד המשטח המסובב (+ גרסאות רתומות) נעקפת בבחירת טכנולוגיה אחרת במקום אחת משתיהן
תדרים קבועים ללא התנגשויות כופים סריג heavy-hex דליל; קוד המשטח מדרגה 4 זקוק אז לקיוביטי דגל ולסבבים ארוכים יותר
מחיר סריג תהודה צולבת נמנע מהתנגשויות תדר על ידי שמירת הדרגה על 2–3 (heavy-hex); הבדיקות ממשקל 4 של קוד המשטח זקוקות אז לקיוביטי דגל ולמעגל סינדרום ארוך יותר, והסף נמוך יותר מאשר בסריג מדרגה 4
הפחתה מצמדים ברי-כוונון (g_tc) — המעבר של IBM מהתהודה הצולבת של Eagle למצמדים ברי-הכוונון של Heron, עדיין על heavy-hex; הסריג הריבועי מדרגה 4 הגיע עם Nighthawk (2025); או קודי heavy-hex על סריג התהודה הצולבת · 2020-01
° אחת מכמה שהיו מתאימות · הדרך המקובלת, לא דרישה מחייבת

בשימוש: 6 מכונות (6 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. 6 — Figure 6: Optimization for the cross-resonance gate Z​X​(π/2)ZX(/2). We display results with fidelity over 99.9% for the direct and RL approaches at…
Simulated plots in three columns: a two-qubit ZX(π/2) gate by a smooth flat-top 'direct' pulse at 248.9 ns and by reinforcement-learning pulses at 248.9 ns and 177.8 ns. Rows (a, b) show pulse amplitudes on the cross-resonance and target drives; (c, d) the target qubit's ⟨X⟩, ⟨Y⟩, ⟨Z⟩ over time for control in |0⟩ or |1⟩, with Bloch-sphere insets. It is Figure 6 of 'Reinforcement learning pulses for transmon qubit entangling gates' (arXiv 2311.03684) by Ho Nam Nguyen, Felix Motzoi and co-authors. The cross-resonance gate entangles fixed-frequency transmons; the learned pulses are stepped, yet the caption reports over 99.9% fidelity; the target ends at opposite ⟨Y⟩ per control state. “Fig. 6 — Figure 6: Optimization for the cross-resonance gate Z​X​(π/2)ZX(/2). We display results with fidelity over 99.9% for the direct and RL approaches at gate…” by Ho Nam Nguyen, Felix Motzoi, Mekena Metcalf, K. Birgitta Whaley, Marin Bukov, Markus Schmitt, arxiv.org/abs/2311.03684, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
File:Keynote - Entering the Era of Quantum Utility (IBM Research) 06.png
A frame from a keynote video: a slide titled 'Tunable Coupler architecture – Performance' with a small render of an IBM Quantum processor, a line drawing of a heavy-hex qubit layout, and text comparing Eagle R3 with Heron R1. It comes from IBM Research's keynote 'Entering the Era of Quantum Utility' (IBM Quantum Summit 2023). It contrasts fixed-frequency cross-resonance (ECR) gates with tunable-coupler CZ gates on superconducting processors: notice Heron's 96 ns CZ versus Eagle's 537 ns ECR, allowing more gates despite a shorter mean T1. “Keynote - Entering the Era of Quantum Utility (IBM Research) 06” by IBM Research, commons.wikimedia.org/wiki/File:Keynote_-_Entering_the_Era_o…, CC BY 3.0 (creativecommons.org/licenses/by/3.0/)
Fig. 3 — NL-based benchmarking using LR-QAOA for WMC problems; (a) QPU layouts used in each experiment
Three-panel paper figure made of drawings and data plots, from an arXiv paper by J. A. Montanez-Barrera, Kristel Michielsen and David E. Bernal Neira (2025-05-28) on benchmarking processors with linear-ramp QAOA. Panel (a) draws the qubit coupling graphs of 5-, 20-, 127-, 133- and 156-qubit processors, including IBM Heron devices; panels (b) and (c) plot approximation ratio against the number of QAOA layers. Notice the fixed nearest-neighbour lattices: the sparse heavy-hex patterns versus the denser square lattice limit which qubits can interact directly. “Fig. 3 — NL-based benchmarking using LR-QAOA for WMC problems; (a) QPU layouts used in each…” by J. A. Montanez-Barrera, Kristel Michielsen, David E. Bernal Neira, arxiv.org/abs/2502.06471, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
g_cr · layer 3 מנגנון השער · centrality 4.2 · demonstrated · since 2011 · updated 2026-09-04

תהודה צולבת (תדר קבוע, מיקרוגל בלבד)

שער שזירה במיקרוגל בלבד, המניע טרנסמון אחד בתדר קבוע בתדר של שכנו דרך אפיק סטטי; ללא קו שטף, ללא מצמד בר-כוונון.

Verdict. הוחלף בצי המכונות של IBM עצמה ב-Heron (2023-12), ועדיין הוא השער הדו-קיוביטי היחיד שאינו דורש שום בקרת מצמד; הוא יחזור רק אם כוונון התדר שלאחר הייצור יזול מ-DAC-שטף לכל מצמד.

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

הנעת טרנסמון בקרה בתדר של שכנו דרך אפיק קבוע יוצרת אינטראקציית ZX; Chow, Córcoles, Gambetta et al. (IBM), 2011 D[425]. Kandala et al. הגיעו ב-2021 ל-CNOT של 99.77(2)% בפולס יחיד של 180 ns, בזכות דיכוי מהותי של ה-ZZ הסטטי: שני רכיבי צימוד בתדר קבוע מכווננים מחדש את הרמות המולבשות, במקום הנעות ביטול נוספות D[287].
תכונות: נושא מיוצר, קישוריות סטטית, בקרה במיקרוגל מטמפרטורת החדר; שזירה דטרמיניסטית ב-10^-6.5 s (~320 ns באופן טיפוסי, 180 ns במיטבה).
שגיאה קוהרנטית ועוד פאולי; ליתוגרפיה סטנדרטית של מוליכי-על, ללא תהליך נוסף.

פיזיקה וגבולות

קצב ה-ZX הוא מסדר שני, ∝ JΩ/(Δ(Δ+α)), והוא המהיר ביותר במשטר הביניים (straddling regime), −α < Δ < 0, ולכן ההיסט בין התדרים חייב לשבת בתוך פס בסדר גודל של האנהרמוניות, ~300 MHz. ה-ZZ הסטטי, ∝ 2J²α/(Δ(Δ+α)), לעולם אינו נכבה, ולכן השגיאה הקוהרנטית שולטת בתקציב. הרצפה אינה זוג אחד אלא הפגיעה ביעדי התדר: כל שכן מוסיף אילוץ התנגשות בתוך הפס הזה, ופיזור הצמתים כפי שיוצרו הוא בסדר גודל של אחוז, ולכן שיעור התקינות ללא התנגשויות קורס ככל שהסריג גדל. מה שמזיז את הרצפה הוא כוונון לאחר הייצור — ריפוי הצמתים אל היעד, בהצלחה של 97.4% D[294] — לא פולסים טובים יותר.

מצב ההנדסה העדכני

טבלה
תאריך נתון מי תג
2011 שער השזירה הראשון בתהודה צולבת (CR), במיקרוגל בלבד IBM D[425]
2021-09-22 CNOT 99.77(2)% בפולס יחיד של 180 ns IBM D[287]
2026-06-25 טלאי סריג בתדר קבוע, CNOT > 98% בסימולציה Hanyang University S[426]

מעולם לא פורסם נתון CR ממוצע לצי המכונות; ה-EPLG של IBM כיום (3.7×10⁻³ D[34]) הוא של חומרת Heron, שהחליפה את ה-CR ב-2023-12 C[72]. נקודת ההשוואה הכואבת היא ה-CZ בצימוד קבוע של Oxford/OQC, 99.8% ב-25 ns C[423] — גם הוא ללא בקרת מצמד, ומהיר פי שבעה.

ה-PRL של Kandala ועמיתיו מדווח על דיכוי ZZ מובנה באמצעות שני רכיבי צימוד בתדר קבוע, לא על ביטול אקטיבי. לא פורסם: נאמנות CR ממוצעת-צי לדורות של IBM שלפני Heron (מ-Falcon עד Condor), מלבד ה-99.77(2)% לזוג מבודד, וספירה מתוארכת של פטנטים ייחודיים ל-CR.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

אין לו תהליך משלו. העלות נופלת על מיון וכוונון: אי אפשר להרחיק התנגשות בהיסט לאחר הייצור, רק למסך אותה בתוכנה או לסלק אותה בריפוי, ולכן הפגיעה ביעדי התדר — ריפוי בלייזר ב-IBM, ריפוי בממתח מתחלף ב-Rigetti D[294] — היא פריט שרשרת האספקה שה-CR מניע. היתרון שלו הוא בספר החשבונות של הקלט-פלט: קו הנעה אחד לכל קיוביט ושום דבר לכל מצמד, בעוד שמצמדים ברי-כוונון מוסיפים כל אחד קו שטף וערוץ DAC, בערך פי 1.5–2 קווים. ב-10³ זה ההבדל בין מקרר צפוף למקרר בלתי אפשרי; ב-10⁴–10⁶ זה כל תקציב החיווט. החשיפה לפיקוח יצוא היא של הנושא (ECCN 3A901).

תפקיד במחסנית

הענף בתדר קבוע של ארכיטקטורת סריג הטרנסמונים — IBM מ-Falcon ועד Condor, 2019–2023 C[72], ו-Advanced Quantum Testbed (AQT) של Lawrence Berkeley National Laboratory עד היום — המספק שזירה ללא בקרת מצמד; החלופה שלו היא המצמד בר-הכוונון, והמעבר הוא תכנון מחדש של השבב, לא עדכון קושחה. בשעון הנגזר הוא מפסיד: 180–500 ns לעומת ~50 ns ל-CZ במצמד בר-כוונון, ולכן כל מחזור תיקון שגיאות משלם פי 3–7 על שכבת השערים. אימות: ה-99.77% הוא בחינת ביצועים אקראית משולבת (interleaved RB) על זוג מבודד, עיוור לקיוביטים צופים; שגיאת ה-CR קוהרנטית, ולכן RB מעריך אותה בחסר, וטומוגרפיית ערכת שערים היא המדידה הכנה.

שחקנים וכלכלה

מי.
ארגון תפקיד מדינה מה בדיוק הם עושים ראיות
IBM מפתח (משתמש לשעבר) ארה״ב המציאה את ה-CR והגדילה אותו עד Condor; הוציאה אותו משימוש ב-Heron D[287]
Hanyang University מחקר דרום קוריאה תכנון טלאי סריג בתדר קבוע המחייה את ה-CR S[426]
OQC מפתח בריטניה קואקסמונים בתדר קבוע עם CZ בצימוד קבוע, לא CR C[423]

כספים.
2026-06-02 · IBM · התחייבות להשקעה · > $10 B על פני חמש שנים · הוכרז G[57]fact
2026-06-03 · OQC · סבב C · £260 M · בהובלת Bullhound · נסגר C[60]fact

אף אירוע מימון או שלב של QBI אינו נוקב בתהודה הצולבת.

שוק ושרשרת אספקה. אין ספק נוסף: אותה ליתוגרפיה, אותו קריוסטט ואותה שרשרת כבלים קואקסיאליים, בניכוי אלקטרוניקת השטף לכל מצמד. שילמו עליו רק ב-G1 ובשלבים המוקדמים של G2.

קניין רוחני ותקנים. IBM מחזיקה במשפחה היסודית (Chow 2011, Kandala 2021); נכון ל-2026-09-04 לא נמצאה ספירת פטנטים מתוארכת ייחודית ל-CR. Qiskit עדיין כולל את ה-CR כתבנית מובנית של שער דו-קיוביטי.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. IBM (2022-05-10 · אין התחייבות ארוכת טווח ל-CR · הוצא משימוש לפי לוח הזמנים ב-Heron, 2023-12 fact). Hanyang (2026-06-25 · סימולציה בלבד · לא יוצר דבר). הרקורד של IBM טוב בדיוק משום שנטשה את ה-CR כששיעור התקינות התהפך לרעתו.

פרשנות אסטרטגית. איש אינו מרוויח מהחלפת ה-CR מלבד ספקי המצמדים ברי-הכוונון וספקי הבקרה הקריוגנית. הערך השיורי שלו הוא חיווט זול: אם הריפוי יגיע לשיעור תקינות כמעט מלא בפגיעה ביעדי התדר, שבבון בתדר קבוע יזול משבב עם מצמדים ברי-כוונון. הכוח נמצא כעת בידי ספקי אלקטרוניקת הבקרה — בדיוק מה שה-CR תוכנן להימנע ממנו.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר עד 2028: מעבד בתדר קבוע שיוצר, של יותר משמונה קיוביטים, עם נאמנות CR שפורסמה בפעולה בו-זמנית, או טלאי Hanyang שנמדד מעל 98%; אחרת להוריד בדרגה למורשת. התרחיש הטוב ביותר ל-2029: שבבון זול בתדר קבוע; התרחיש הגרוע ביותר: ה-CR שורד רק כיעד הידור של Qiskit. האם מישהו מחוץ ל-IBM מריץ CR בשימוש שוטף? האם הפגיעה ביעדי התדר תגיע לשיעור תקינות ללא התנגשויות מעבר ל-~100 קיוביטים? האם מפעל ייצור יבחר ב-CR בגלל העלות ולא בגלל הפיזיקה?

מקורות
  1. [34] IBM Quantum, “What's new at IBM Quantum - Q2 2026.” [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/blog/whats-new-q2-2026 [D]
  2. [57] IBM Quantum, “Why IBM is investing $10 billion into quantum computing,” Jun. 2, 2026. [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/blog/10-billion-investment-faq [G]
  3. [60] A. Curbison, “OQC raises £260m in Europe's largest ever private quantum computing funding round,” OQC, Jun. 2, 2026. [Online]. Available: https://oqc.tech/company/newsroom/series-c [C]
  4. [72] IBM, “Quantum Roadmap.” [Online]. Available: https://www.ibm.com/roadmaps/quantum/ [C]
  5. [287] A. Kandala et al., “Demonstration of a High-Fidelity CNOT Gate for Fixed-Frequency Transmons with Engineered ZZ Suppression,” Phys. Rev. Lett., vol. 127, no. 13, Art. no. 130501, Sep. 2021, doi: 10.1103/PhysRevLett.127.130501. [D]
  6. [294] D. P. Pappas et al., “Alternating-bias assisted annealing of amorphous oxide tunnel junctions,” Communications Materials, vol. 5, no. 1, Art. no. 150, Aug. 2024, doi: 10.1038/s43246-024-00596-z. [D]
  7. [423] A. Curbison, “Oxford research group demonstrate fundamental speed-up of two-qubit gate,” OQC, Mar. 21, 2025. [Online]. Available: https://oqc.tech/company/newsroom/oxford-research-group-demonstrate-fundamental-speed-up-of-two-qubit-gate [C]
  8. [425] J. M. Chow et al., “Simple All-Microwave Entangling Gate for Fixed-Frequency Superconducting Qubits,” Phys. Rev. Lett., vol. 107, no. 8, Art. no. 080502, Aug. 2011, doi: 10.1103/PhysRevLett.107.080502. [D]
  9. [426] C. Kim, J. Kang, and Y. Kwon, “Lattice patch structure for fixed-frequency transmon quantum computer with high-fidelity CNOT gates,” arXiv:2606.27017, Jun. 2026. [S]