→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

היתוך באופטיקה ליניארית (מבושר) g_fusion

מדידה הסתברותית בבסיס בל על שני פוטונים — 50% ללא הגברה, 75% עם פוטוני עזר — שכישלונה מבושר ומוחק אחת משתי התוצאות הנמדדות; פרימיטיב השזירה של הפוטוניקה מבוססת-ההיתוך.

היתוך באופטיקה ליניארית (מבושר)

g_fusion · שכבה 3 מנגנון השער · הודגם · מאז 2005
פתח במפה

מדידת בל הסתברותית על פוטונים (50%, 75% עם הגברה); הכישלון מבושר → מחיקה.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[451] D. E. Browne and T. Rudolph, “Resource-Efficient Linear Optical Quantum Computation,” Phys… · 2005
[419] F. Ewert and P. van Loock, “3/4-Efficient Bell Measurement with Passive Linear Optics and … · 2014
[169] K. Alexander et al., “A manufacturable platform for photonic quantum computing,” Nature, v… · 2025
[264] M. C. Löbl, L. A. M. Pettersson, J. Dragašević, S. X. Chen, and O. A. D. Sandberg, “The su… · 2026

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא
פוטון (חלקיק טבעי, אופנים מהונדסים)
(b) זמן · שזירה
100 ns · הסתברותית / מבושרת
(c) קריאה
—
(d) ניידות
קיוביטים מעופפים (פוטונים)
(e) בקרה
אלקטרו-אופטית @ טמפרטורת החדר
(f) מבנה השגיאה
אובדן (מחיקה)
(g) ייצור
מפעל ייצור למעגלים פוטוניים משולבים

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

fusion Bell fidelity → 99.22%
מגדירה: ערוץ השגיאה · 2025-02 · מקור

רשומות סטנדרטיות

שגיאת 2Q בפעולה מקבילית על כל הרוחב → לא פורסם · טיפוסי
Fusion Bell-state fidelity 99.22(12)% is a single-fusion measurement; no parallel or network-scale fusion figure is published · 2025-02 · מקור [D] ⓘ
הפרעה הדדית → לא פורסם · טיפוסי
No crosstalk figure: fusion failure is heralded and enters the loss budget, not a coherent-error budget · 2025-02 · מקור [D] ⓘ

שחקנים ויעדים — ביאורים

פוטוניקה מבוססת-היתוך (FBQC) — PsiQuantum (Omega), Quandela, QuiX · G4 G6
פוטוניקה של משתנה רציף — GKP (חלופית) — Xanadu (Aurora) · G4 G6

קשתות

דורשת: פוטון בודד (משתנה בדיד)°, גילוי פוטון בודד (SNSPD / TES), מיתוג / ניתוב פוטוני (אלקטרו-אופטי, הזנה קדימה), אופן של אור סחוט (CV)°
נחוצה עבור: מחולל מצבי משאב רב-פוטוניים (RSG; טבעת-6 וכו'), סבילות לתקלות מבוססת-היתוך
חלופות: שערים גאוסיים CV + פעולות לא-גאוסיות בסיוע GKP, אינטרפרומטר אופטי-ליניארי ניתן לתכנות (ללא פרימיטיב שזירה)
° 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. 1 — Figure 1: Comparison between standard and logical Bell-state measurements (BSMs). (a) Schematic representation of the logical BSM. Four physical qub…
A drawing and a table. (a) A logical Bell-state measurement (BSM) built from two standard linear-optical BSMs, each a 50:50 beam splitter followed by half-wave plates, polarising beam splitters and detectors, on four physical qubits a–d. (b) Success probabilities: the standard BSM identifies two of four Bell states (average 50%), the logical BSM two always and two half the time (average 75%). It is Figure 1 of arXiv 2609.10698, 'Demonstration of a logical Bell-state measurement beyond the linear-optical limit', by Shreya Kumar, Simon D. Reiß, Peter van Loock and Stefanie Barz. A plain linear-optical BSM works only half the time; beating that matters for fusion-based photonic quantum computing. “Fig. 1 — Figure 1: Comparison between standard and logical Bell-state measurements (BSMs). (a) Schematic representation of the logical BSM. Four physical qubits encode…” by Shreya Kumar, Simon D. Reiß, Peter van Loock, Stefanie Barz, arxiv.org/abs/2609.10698, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 2 — Figure 2: Experimental implementation of the logical BSM. The setup is primarily composed of two parts: The logical Bell-state generation and the lo…
A rendered drawing of a tabletop photonics experiment: a 775-nanometre picosecond laser pumps two ppKTP crystals that make entangled photon pairs, which travel by fibre to two beam-splitter Bell-state measurements read out by superconducting nanowire detectors. It comes from arXiv paper 2609.10698 by Shreya Kumar, Simon D. Reiß, Peter van Loock and Stefanie Barz. Such Bell-state measurements are the 'fusion' step of photonic quantum computing; notice the dashed line separating state generation from measurement. It is a drawing, not a photograph. “Fig. 2 — Figure 2: Experimental implementation of the logical BSM. The setup is primarily composed of two parts: The logical Bell-state generation and the logical BSM.…” by Shreya Kumar, Simon D. Reiß, Peter van Loock, Stefanie Barz, arxiv.org/abs/2609.10698, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 3 — Figure 3: The most common applications of BSMs in quantum information: a) Entanglement swapping protocol, which allows to share an entangled photon…
A three-panel drawn schematic, not an experiment photograph, from the review "Bell state measurements in quantum optics: a review of recent progress and open challenges" by Luca Bianchi, Carlo Marconi and Davide Bacco. It shows three uses of a Bell state measurement: entanglement swapping between photon pairs, fusion gates that join small photonic graph states into larger cluster states for measurement-based quantum computing, and measurement-device-independent quantum key distribution. Notice that the same measurement box is the core of all three. “Fig. 3 — Figure 3: The most common applications of BSMs in quantum information: a) Entanglement swapping protocol, which allows to share an entangled photon pair…” by Luca Bianchi, Carlo Marconi, Davide Bacco, arxiv.org/abs/2509.18756, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
g_fusion · layer 3 מנגנון השער · centrality 7.7 · demonstrated · since 2005 · updated 2026-09-03

היתוך באופטיקה ליניארית (מבושר)

מדידה הסתברותית בבסיס בל על שני פוטונים — 50% ללא הגברה, 75% עם פוטוני עזר — שכישלונה מבושר ומוחק אחת משתי התוצאות הנמדדות; פרימיטיב השזירה של הפוטוניקה מבוססת-ההיתוך.

Verdict. ממשי: היתוכים בודדים בנאמנות בל של 99.22% על השבב ו-99.72% בין שבבים (PsiQuantum, 2025-02). לא מוכח: כל רשת של היתוכים משורשרים עם שיעור הצלחה מקצה לקצה. להוריד בדרגה אם עד 2028 לא תפורסם תוצאה של היתוכים מרובים.

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

מדידה בבסיס בל — מפצל אלומה, מזיזי פאזה, גלאים המבחינים במספר הפוטונים — המטילה שני פוטונים על מצב בל, או הורסת את שניהם ומודיעה על כך, וכך מוסרת לקוד מחיקה ולא שגיאת פאולי. Browne ו-Rudolph הציגו ב-2005 היתוך מסוג I/II כדי לגדל מצבי אשכול בלי שער דטרמיניסטי S[451]; האופטיקה הליניארית מגבילה הבחנה חד-משמעית ל-50%, ופוטוני עזר לא שזורים מעלים אותה ל-75% S[419]. תכונות: פוטונים מעופפים, שזירה מבושרת ב-~100 ns; בקרה אלקטרו-אופטית בטמפרטורת החדר, שגיאות שבהן שולט האובדן, ייצור במעגלים פוטוניים משולבים.

פיזיקה וגבולות

תקרת ה-50% היא חסם של האופטיקה הליניארית (Calsamiglia ו-Lütkenhaus, 2001): אופטיקה פסיבית עם אופני עזר במצב ואקום מבחינה לכל היותר בשניים מארבעת מצבי בל, ופוטוני העזר שמעלים אותה ל-75% ומעבר לכך חייבים לשרוד בעצמם. הנתון התפעולי הוא הסתברות ההצלחה × העבירות²; האובדן הופך הצלחה לכישלון מבושר במקרה הטוב, ולשגיאה שאינה מתגלה במקרה הרע. השער אינו הבעיה: 99.22 ± 0.12% על השבב, 99.72 ± 0.04% בין שבבים על פני 42 m ב-~2 K D[169]fact. הרצפה היא הנתיב שסביבו — SiN ב-1.8 ± 0.2 dB/m, מתג BTO ב-100 mdB, צימוד סיב–שבב ב-52 mdB, SNSPD על השבב ב-93.4% חציוני D[169] — והכישלון עצמו: ניתוח מחדש מ-2026 מציב רצפת שגיאה לוגית גם באובדן אפס, ולכן תכנונים של אופטיקה ליניארית בלבד צריכים מרחק גדול מאוד, ואילו היתוך בתיווך פולט סובל 7.0–7.3% S[264]fact.

מצב ההנדסה העדכני

טבלה
תאריך נתון מי תג
2005 היתוך מסוג I/II, הצלחה של 50%, הוצע Browne & Rudolph S[451]
2014 מדידת בל של 75% עם פוטוני עזר לא שזורים Ewert & van Loock S[419]
2025-02 נאמנות בל 99.22 ± 0.12% על השבב; 99.72 ± 0.04% בין שבבים, 42 m PsiQuantum D[169]
2026-06 רצפת רעש של כשלי היתוך באובדן אפס; סף של 7.0–7.3% Sparrow S[264]

כל נאמנות מתוארכת היא של היתוך יחיד שנמדד לבדו; אין שיעור הצלחה פומבי של היתוכים משורשרים.

אף קבוצה שנייה לא שחזרה את נאמנויות ההיתוך של PsiQuantum, 99.22%/99.72%, נכון ל-4 בספטמבר 2026. המקורות מתארים את Lucy של Quandela רק כמכונה של 12 קיוביטים פוטוניים, לא כמערכת מבוססת-היתוך. אובדן מוליך הגל של PsiQuantum בדוח הראשי, 0.5 dB/m, סותר את נתון המאמר ב-Nature — 1.8 ± 0.2 dB/m ל-SiN חד-אופני, והוא הנתון שמשמש כאן.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

אין חומרים ייחודיים להיתוך: השער משתמש מחדש במחסנית של הפלטפורמה — מוליכי גל של SiN, מתגי BTO ו-SNSPD על השבב, על צורן של 300 mm ב-GlobalFoundries Cfact. הייצור קובע את האובדן לכל רכיב, וכל רכיב נמצא בתוך הניסיון: מתג 100 mdB, צימוד סיב–שבב 52 mdB D[169]; הצימוד הארוז הטוב ביותר הוא 0.085 dB לפאה של Xanadu Cfact. הקלט-פלט הוא ערוצים והשהיה: 2–4 גלאים המבחינים במספר הפוטונים לכל היתוך, ועוד הזנה קדימה בתוך זמן המעוף של הפוטון; Aurora מריצה 12 אופנים במחזור של 1 MHz D[173]. ב-10³ היתוכים/s האילוץ הוא אובדן המתגים המצטבר; ב-10⁴–10⁶ — מספר הערוצים הקריוגניים והזנה קדימה ב-GHz, שטרם נבנו. ECCN 4A906 חל על המכונה, ו-3A901 על אלקטרוניקה מתחת ל-4.5 K fact.

תפקיד במחסנית

דורש פוטונים בודדים, גילוי פוטון בודד לבישור ומיתוג אלקטרו-אופטי להזנה קדימה; מספק את מדידות ההיתוך שצורכות יצירת מצבי המשאב והסבילות לתקלות מבוססת-ההיתוך (PsiQuantum, Quandela, QuiX). הוא מחליף את הצירוף הגאוסי של CV בארכיטקטורת ה-GKP הפוטונית של משתנה רציף (Xanadu), שבה הוא חלופה — המעבר משנה יחד את הגלאים, את הקידוד ואת מודל השגיאה. התרומה לשעון: ~1.0 × 10⁻⁷ s לניסיון, מחולק בהסתברות ההצלחה ובעומק הריבוב, ולכן היצירה, ולא השער, שולטת בשעון הנגזר. אימות: המספרים הבולטים הם טומוגרפיה של היתוך אחד; אף פרוטוקול אינו מדווח על הצלחה בעומק, ואף קבוצה שנייה לא שחזרה אותם.

שחקנים וכלכלה

מי.
ארגון תפקיד מדינה מה הם עושים ראיות
PsiQuantum מפתח ארה״ב נאמנות ההיתוך הגבוהה ביותר שפורסמה, קו של 300 mm Dfact
Quandela מפתח צרפת חומרה אופטית-ליניארית המוצבת בשטח Cfact
QuiX Quantum מפתח הולנד חומרת MBQC ב-DLR Cfact
Sparrow Quantum מחקר דנמרק טיעון הסף נגד היתוך באופטיקה ליניארית Sfact
DARPA מממן ארה״ב מממנת את שלב C של PsiQuantum ואת QBIT של Quandela fact

כספים.
2025-09-10 · PsiQuantum · סבב E · USD 1 B לפי שווי של USD 7 B · BlackRock, Temasek · נסגר fact
2026-06-16 · Quandela · שלב A של DARPA QBIT · לא פורסם · הוכרז fact
2026-07-22 · PsiQuantum · הרחבה בשלב C של DARPA QBI · USD 125 M · סופי fact

שוק ושרשרת אספקה. אין שוק נפרד: ההיתוך נשלח בתוך מעגל פוטוני משולב, ולכן מפעל הייצור ובית הזיווד קובעים את הסתברות ההצלחה השמישה שלו. סיכון הריכוזיות נמצא אצל GlobalFoundries; רק G3/G4 משלמים.

קניין רוחני ותקנים. אין משפחת פטנטים מתוארכת הייחודית לשער ההיתוך נכון ל-4 בספטמבר 2026; הקרוב ביותר הוא US 12,437,225 של ORCA fact.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. (2025-02 · מדדי הרכיבים של Omega · סופק); (2026-07 · V&V של שלב C למתגים, לזיווד ולקריוגניקה · בתהליך — מימון של תיקוף, לא של פרסום). אמינות הרכיבים טובה; ההיתוך ברמת המערכת לא נבחן.

פרשנות אסטרטגית. נאמנות הרכיבים היא תנאי סף; התחרות היא על שיעור ההצלחה בעומק, ושם טיעון הסף של 2026 מעדיף היתוך בתיווך פולט — אתגר ל-PsiQuantum ול-QuiX, והזדמנות לספקי נקודות קוונטיות. אם האופטיקה הליניארית תחזיק מעמד, מפעלי הייצור ילכדו את הערך.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר עד 2027: רשת שפורסמה של ≥3 היתוכים משורשרים עם שיעור הצלחה מקצה לקצה וסטטיסטיקת מחיקות; להוריד בדרגה אם עד 2028 יהיו רק נתונים של היתוך יחיד. התרחיש הטוב ביותר ל-2029: היתוך מוגבר מעל 75% על השבב. התרחיש הגרוע ביותר: רצפת הכישלון באובדן אפס מחזיקה, וההיתוך באופטיקה ליניארית שורד רק בתוך הכלאות עם פולטים. פתוח: עד כמה הכשלים מתואמים על פני שבב; האם הבחנת מספר הפוטונים בנצילות של 93% תומכת בהגברה.

מקורות
  1. [169] K. Alexander et al., “A manufacturable platform for photonic quantum computing,” Nature, vol. 641, no. 8064, pp. 876–883, Feb. 2025, doi: 10.1038/s41586-025-08820-7. [D]
  2. [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]
  3. [264] M. C. Löbl, L. A. M. Pettersson, J. Dragašević, S. X. Chen, and O. A. D. Sandberg, “The subthreshold issue of fusion-based quantum computing,” arXiv:2606.28490, Jun. 2026. [S]
  4. [419] F. Ewert and P. van Loock, “3/4-Efficient Bell Measurement with Passive Linear Optics and Unentangled Ancillae,” Phys. Rev. Lett., vol. 113, no. 14, Art. no. 140403, Sep. 2014, doi: 10.1103/PhysRevLett.113.140403. arXiv:1403.4841. [S]
  5. [451] D. E. Browne and T. Rudolph, “Resource-Efficient Linear Optical Quantum Computation,” Phys. Rev. Lett., vol. 95, no. 1, Art. no. 010501, Jun. 2005, doi: 10.1103/PhysRevLett.95.010501. [S]