→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

קישור מיקרוגל קריוגני בין מקררים ic_cryolink

מוליך גל מוליך-על המוחזק מתחת ל-50 mK לכל אורכו, ונושא פוטונים נודדים של 5–7 GHz או מצבים סחוטים בין שני מקררי דילול המקוררים באופן בלתי תלוי.

קישור מיקרוגל קריוגני בין מקררים

ic_cryolink · שכבה 9 חיבור בין-מודולי · מתהווה · מאז 2020
פתח במפה

מוליך גלים מוליך-על באורך 30 m ב-< 50 mK; נאמנות בל 80.4% ב-12.5 kHz; הפסד כולל של 0.55–0.65 dB.

סימוני המפה
טכנולוגיה חוצה — נושא מיוצר + קישוריות רחוקה (הובלה / טווח ארוך)
תקציר ←

מקורות מרכזיים

[772] P. Magnard et al., “Microwave Quantum Link between Superconducting Circuits Housed in Spat… · 2020
[305] S. Storz et al., “Loophole-free Bell inequality violation with superconducting circuits,” … · 2023
[773] J. D. Schär et al., “A Modular Cryogenic Link for Microwave Quantum Communication Over Dis… · 2026
[774] W. K. Yam et al., “Cryogenic microwave link for quantum local area networks,” npj Quantum … · 2025

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא
מיוצר
(b) זמן · שזירה
—
(c) קריאה
—
(d) ניידות
מצמדים סטטיים לטווח ארוך
(e) בקרה
מיקרוגל @ שלב המיליקלווין
(f) מבנה השגיאה
אובדן (מחיקה), קוהרנטית / כיול
(g) ייצור
ליתוגרפיה של מוליכי-על

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

30 m link Bell fidelity / rate → 80.4% / 12.5 kHz
מגדירה: ערוץ השגיאה · 2023-05 · מקור
2026 modular link → waveguide loss < 0.03 dB/30 m; end-to-end transfer loss 0.55–0.65 dB, i.e. 86–88% transmission
מגדירה: מסלול הגדלה · 2026-04 · מקור

ETH Zürich. "נצילות העברה של 75–79%" המצוטטת לעתים אינה נובעת מ-0.55–0.65 dB, שהם תמסורת של 86–88%; מאמר ה-ETH מייחס את ההפסד ל-26 המחברים הפריקים בין המודולים, וכל שארית תהיה נצילות הפליטה/הבליעה של הצמתים.

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)
חלופות: מודולים מרובי-שבבים / מצמדי l (אותו קריוסטט), מתמר מיקרוגל–אופטי (בנצילות שימושית)
° 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.

Fig. 3 — Fig. 3: Cryogenic microwave quantum link.a, Computer-aided design (CAD) model. b–d, Photographs of the 30-m-long cryogenic set-up. Dilution refriger…
A four-part figure of a 30-metre cryogenic link between two refrigerators. Panel (a) is a computer model of the whole set-up: a long horizontal tube joins dilution refrigerators A and B, each holding a superconducting qubit circuit (insets), with a central cooling unit and support stands. Panels (b)–(d) are photographs from end A, the centre and end B, showing the aluminium tube running along a basement corridor on frames. From Nature (2023), 'Loophole-free Bell inequality violation with superconducting circuits', by Simon Storz and co-authors. The waveguide inside is kept below 50 mK over the whole distance, so microwave photons can link qubits in separate cryostats. “Fig. 3 — Fig. 3: Cryogenic microwave quantum link.a, Computer-aided design (CAD) model. b–d, Photographs of the 30-m-long cryogenic set-up. Dilution refrigerators at…” by Storz et al., www.nature.com/articles/s41586-023-05885-0, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Figure 1: (a) CAD rendering of the transmon emitter/detector (TED) layout and (b) its corresponding circuit, indexed by x∈{s,m}x\{s,m\} to distingui…
A four-panel figure: a CAD rendering of a superconducting chip layout (200 µm scale bar), its circuit diagram, a measured plot of frequency against applied flux, and a block schematic of source and detector devices. It comes from the arXiv paper "Transmon Architecture for Emission and Detection of Single Microwave Photons" by Daniel L. Campbell and co-authors. It shows three coupled transmons — storage, waveguide-linked, and a flux-driven coupler between them — that release or catch single microwave photons; notice the storage transmon's frequency barely moves. “Fig. 1 — Figure 1: (a) CAD rendering of the transmon emitter/detector (TED) layout and (b) its corresponding circuit, indexed by x∈{s et al., arxiv.org/abs/2601.11378, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Figure 1: Photonic link between refrigerators. (a) Schematic of the photonic link. Felix up-converts microwave photons (ωm) to optical photons
A two-panel figure: a render, not a photograph, of two dilution refrigerators holding transducers named Felix and Albert, joined by a 1-km optical fibre, and a plot of signal transmission against link length. It comes from the arXiv paper "A kilometer photonic link connecting superconducting circuits in two dilution refrigerators" by Yiyu Zhou and co-authors. It illustrates microwave–optical transducers: microwave photons become light to cross fibre losing 0.2 dB/km instead of coaxial cable losing 1 dB/m; notice the transducer pair's −60 dB versus −140 dB for commercial modulators. “Fig. 1 — Figure 1: Photonic link between refrigerators. (a) Schematic of the photonic link. Felix up-converts microwave photons (ωm) to optical photons…” by Yiyu Zhou et al., arxiv.org/abs/2508.02444, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
ic_cryolink · layer 9 חיבור בין-מודולי · centrality 11.9 · emerging · since 2020 · updated 2026-09-30

קישור מיקרוגל קריוגני בין מקררים

מוליך גל מוליך-על המוחזק מתחת ל-50 mK לכל אורכו, ונושא פוטונים נודדים של 5–7 GHz או מצבים סחוטים בין שני מקררי דילול המקוררים באופן בלתי תלוי.

Verdict. נתוני הכותרת שייכים לשתי קבוצות: ETH Zürich בהעברת פוטונים ובמבחני בל — 30 m, נאמנות בל 80.4% ב-12.5 kHz, ללא פרצות — ו-TU Munich עם VTT במצבים סחוטים על פני 6.6 m. ההפסד יושב במחברים הפריקים, לא במוליך הגל, ואף ארכיטקטורה אינה מציבה טכנולוגיה זו על הנתיב הקריטי לסבילות לתקלות.

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").

מוליך גל מוליך-על, המקורר לכל אורכו הרחק מתחת לטמפרטורת המעבר של האלומיניום למוליכות-על (≈1.2 K), נושא פוטונים נודדים של ~5–7 GHz בין שני מקררי דילול המקוררים בנפרד — לא בין שבבים בתוך קריוסטט אחד. הקבוצה של Wallraff ב-ETH Zürich הציגה אותו ב-2020: 5 m, העברת מצב 85.8%, זוגות בל מרוחקים 79.5% D[772]. ממשיכו באורך 30 m נשא ב-2023 את מבחן בל הראשון ללא פרצות במעגלים מוליכי-על D[305]; המאמר מ-2026 מתעד אותו כהרכבה מודולרית הניתנת לשחזור D[773]. TU Munich, יחד עם VTT, מפעילה את הקו השני הבלתי תלוי היחיד, ושולחת מצבים גאוסיים סחוטים על פני 6.6 m D[774]. תכונות: d = קישוריות ארוכת-טווח בין קריוסטטים, הטכנולוגיה היחידה בשכבה המשתרעת על פני מקררים נפרדים; e/f/g = הנעת מיקרוגל בטמפרטורת מיליקלווין בשני המקררים, אובדן ופאזה קוהרנטית במקום שגיאות פאולי, ליתוגרפיה של מוליכי-על עם ממשקים פריקים (רשומת הגרף).

מוליך הגל אינו המגבלה: הניחות הוא α < 1 dB/km, פחות מ-0.03 dB לאורך כל 30 m של הקו — אותו נתון במאמרים מ-2023 ומ-2026 D[305], [773]. אף על פי כן, הפסד העברת הפוטון מקצה לקצה הוא 0.55–0.65 dB (12–14%), והמאמר מ-2026 מייחס אותו לממשקים בין המודולים, לא לקו עצמו D[773]: כל אחד מ-26 המחברים הפריקים גובה מחיר בתמסורת.

שנית, אכלוס תרמי. ב-5.6 GHz פוטון שקול ל-0.27 K, ולכן ערוץ ב-50 mK מחזיק 4.6×10⁻³ פוטונים שיוריים, ואילו מרכז ערוץ ב-1 K, שבו Munich/VTT עדיין הבחינו בשזירה, מחזיק ≈3.3 D[774]. העברת מצבי פוק מתדרדרת באופן ליניארי בקירוב עם האכלוס הזה; מצבים גאוסיים סחוטים עומדים בו, ולכן הסחיטה היא הנושא הזול יותר להארכת הקו. שלישית, פאזה: שני קריוסטטים בלתי תלויים מכנית זקוקים לייחוס משותף, ואף מקור אינו מכמת את רעש הפאזה השיורי — האיבר שהיה חוסם קישור עם ממסרים. מה שמזיז את הרצפה: מחברים מרותכים או מחוברים בבליטות במקום אוגנים פריקים.

הפסד הממשקים שולט, ~20× מתרומתו של מוליך הגל עצמו D[773]; נכון ל-2026-09-04 אין קישור משורשר (≥3 מקררים), אין קישור שהופעל בזמן ביצוע שערים, ואין שחזור בלתי תלוי של 30 m.

כל קישור נבנה בהזמנה ייעודית. ההרכבה של ETH באורך 30 m מורכבת מ-26 מודולים ועוד שני צמתים ויחידת קירור מרכזית, והיא מחזיקה את שלב ה-4 K מתחת ל-6 K לכל אורך הקו; הקירור בן 6.5 הימים, ולא הנאמנות, הוא שמאט את האיטרציות, וסימולציה מציבה יחידת קירור אחת לכל ~15 m עד 120 m D[773]S[773]. הקריוסטטים הבסיסיים מגיעים משוק ריכוזי: Bluefors סגרה ב-2023-03-28 את רכישת Cryomech (מקררים קריוגניים מסוג צינור פולס ו-Gifford-McMahon), והגיעה ל-~600 עובדים ולהכנסות של מעל EUR 160 M C[524]; ULVAC היא מקור שלישי, יפני, שפותח בשיתוף IBM C[525]fact. החשיפה לפיקוח על יצוא מורשת: ECCN 3A904 (BIS, 2024-09-06) מכסה מקררים המקיימים ≥600 µW ב-0.1 K במשך 48 h; אף ECCN אינו נוקב בקישור G[301]fact.

כל ניסיון דורש מצמד בר-כוונון בשטף בשני הקצוות ומקורות מיקרוגל נעולי פאזה בין שני קריוסטטים. מבחן בל מ-2023 נושא את אילוץ זמן האמת הקשה ביותר בדוח זה: הפרדה של 32.824 m משאירה חלון של 109 ns, שבתוכו חייבים להסתיים כולם — בחירת הבסיס, השער, הקריאה והרישום D[305]. קצב החזרה של 12.5 kHz — 80 µs לניסיון — נקבע בידי האיפוס ועיצוב הפולסים, לא בידי זמן המעוף. דבר לא פורסם ב-10³–10⁶ קיוביטים; הגדלים המגבילים הם מספר מתקני הקירור הקריוגניים וייחוסי הפאזה הבלתי תלויים.

הארכיטקטורה היחידה היא זו של טרנסמונים מוליכי-על (Google, IBM, Rigetti, IQM, OQC, USTC/Zhejiang, Fujitsu); הטכנולוגיה דורשת ליתוגרפיה של קיוביטים מוליכי-על. היא מתחרה במודולריות בתוך אותו מקרר — IBM צימדה ב-2026-08 שני תאים קריוגניים, במצמדי l "בקנה מידה של מטר אחד", בלי קיוביטים ובלי נאמנות מדווחת C[50]fact — ובהתמרת מיקרוגל–אופטי, שהנצילות הכוללת הטובה ביותר שלה היא 47% ואין בה דבר ב-η > ½ עם רעש מוסף קטן מאחד P[775]fact. שעון נגזר: 80 µs לניסיון שזירה (2 ספרות משמעותיות) מול מחזור של 1.1 µs בקוד המשטח — איטי פי ~73, פחות משני סדרי גודל. משבצת ריקה סמוכה: מתג מיקרוגל קריוגני, שבלעדיו N מקררים זקוקים ל-N(N−1)/2 מוליכי גל.

הפרת CHSH ללא פרצות, עם מדידות בהפרדה דמוית-מרחב, היא בלתי תלויה בהתקן ולא טומוגרפית — אימות חזק באופן יוצא דופן לשכבה זו D[305]. Munich נשענת על טומוגרפיה הומודינית D[774]; שתי התוצאות אינן ברות השוואה, אף אחת מהן לא שוחזרה, ושתיהן נמדדו כשהמעבדים המקומיים עומדים בסרק. סתירה: נצילות ההעברה של 75–79% ברשומת הגרף אינה מה ש-0.55–0.65 dB לבדם מרמזים (86–88%).

לא פורסם: רעש הפאזה השיורי בין שני הקריוסטטים.

מי.
| ארגון | תפקיד | מדינה | מה בדיוק הם עושים בטכנולוגיה זו | ראיות |
|---|---|---|---|---|
| ETH Zürich | מחקר | שווייץ | בנתה את הקישורים של 5 m ושל 30 m ואת הקישור המודולרי; נתוני הכותרת בהעברת פוטונים ובמבחני בל שלה | D[305], [772], [773] |
| TU Munich | מחקר | גרמניה | קישור של 6.6 m במצבים סחוטים, יחד עם VTT — הקו השני הבלתי תלוי, עם נתון כותרת משלו | D[774] |
| Bluefors | ספק | פינלנד | ספקית של מקררי דילול ושל מקררים קריוגניים; KIDE הוא הנתיב המתחרה | C[303]fact |
| ULVAC Cryogenics | ספק | יפן | מקרר ל-~10 mK שפותח בשיתוף IBM, נבדק ב-Poughkeepsie | C[525]fact |
| IBM | מפתח | ארה״ב | מובילה את הקו המתחרה של קריוגניקה מודולרית בתוך המקרר | C[50]fact |

כספים. 2023-03-28 · Bluefors · מיזוג ורכישה (Cryomech) · לא נחשף · הכנסות משותפות > EUR 160 M · נסגר C[524]. 2024-09-06 · US BIS · תקנת ECCN 3A904 · לא ישים · בתוקף G[301]. 2025-03-20 · ULVAC · תוכנית מקרר ל-~10 mK עם IBM · לא נחשף · יעד "תחילת 2026" חלף, ולא אושר משלוח נכון ל-2026-09-30 C[525]. נכון ל-2026-09-04 אין סבב, מענק או רכישה ייחודיים לקישור בין מקררים.

שוק ושרשרת אספקה. אין שוק של קישורים, רק שוק של מקררים, שבו קישור צורך שתי יחידות במקום אחת; Oxford Instruments היא המקור המסחרי השני C[525]. Bluefors יחד עם Cryomech מספקת את שלב הדילול ואת צינורות הפולס שמתחתיו, בלי חלופה בהיקף כזה C[524]. G6 (רישות) משלם ישירות; G4 משלם רק כשתקציב הקווים של קריוסטט נגמר, ו-KIDE, עם >4,000 קווי RF, נועד לדחות את הרגע הזה C[303]fact.

קניין רוחני ותקנים. אין משפחת פטנטים ייחודית לקישורי מיקרוגל בין קריוסטטים באף מאגר נקוב, ואין גוף תקינה העוסק בממשקי מיקרוגל קריוגניים — לא נמצאה עובדה מתוארכת; הגאומטריה של המודולים פורסמה בגלוי D[773].

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. ETH Zürich: (2023-05 · מבחן בל על פני 30 m · סופק); (2026-04 · 120 m באמצעות יחידות קירור כל ~15 m · בסימולציה בלבד) S[773]. ULVAC/IBM: (2025-03 · מקרר ב"תחילת 2026" · היעד חלף, לא אושר נכון ל-2026-09-30) C[525]. IBM: (2026-08 · שני תאים מצומדים · סופק, בלי קיוביטים בתוכם) C[50]. ETH עמדה בכל אבן דרך שהכריזה עליה; לוחות הזמנים של שני הספקים לא אומתו.

פרשנות אסטרטגית. אם זה יעבוד, ספקי הקריוסטטים ילכדו את הערך, לא ספק ה-QPU. אם זה ייכשל, דבר לא יישבר — כל מפת דרכים שפורסמה למוליכי-על גדלה תחילה בתוך קריוסטט אחד. התחלופה פועלת בשני הכיוונים: מצמדי l מבטלים את הצורך מתחת ל-~1,000 קיוביטים לתא C[50], וההתמרה מבטלת את מגבלת המרחק מעל לכך. אין ספק קישורים עצמאי שאפשר להתמקח מולו.

ניתן להפרכה (12–24 חודשים): לאשר אם עד סוף 2027 קבוצה כלשהי תפרסם קישור משורשר של שלושה קריוסטטים, או קישור של 30 m שהופעל בזמן ששני המעבדים מבצעים שערים; להוריד בדרגה אם עד אז הפסד הממשקים לא ירד אל מתחת ל-0.3 dB. התרחיש הטוב ביותר ל-2029: נצילות של יותר מ-90% לכל מקטע, וארכיטקטורה שזקוקה לשני מקררים. התרחיש הגרוע ביותר: המודולריות בתוך הקריוסטט סופגת את כל הצמיחה עד 2030, וטכנולוגיה זו נשארת מכשיר למבחני בל. שאלות פתוחות: רעש הפאזה השיורי בין קריוסטטים; האם המחברים יכולים להיות בלתי פריקים ועדיין ניתנים לתחזוקה; האם מישהו יבנה מתג מיקרוגל קריוגני. לעקוב: עבודות ההמשך של ETH, התאים המצומדים הראשונים של IBM שיש בהם קיוביטים.

מקורות