→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

קריאה דיספרסיבית במיקרוגל (+TWPA, מסנן פרסל) ro_disp

מצב הקיוביט נקרא כהסטה דיספרסיבית של מהוד מצומד, מסונן במסנן פרסל על השבב ומוגבר קרוב לגבול הקוונטי לפני ה-HEMT.

קריאה דיספרסיבית במיקרוגל (+TWPA, מסנן פרסל)

ro_disp · שכבה 6 קריאה · הודגם · מאז 2005

הסטת המהוד נקראת דרך מגבר פרמטרי; פולס של 240 ns ב-99.94% (IQM); דליפה המושרית על ידי הקריאה היא העלות הנסתרת.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[591] A. Wallraff et al., “Strong coupling of a single photon to a superconducting qubit using c… · 2004
[1] Google Quantum AI and Collaborators, “Quantum error correction below the surface code thre… · 2024
[38] F. Marxer et al., “Above 99.9% Fidelity Single-Qubit Gates, Two-Qubit Gates, and Readout i… · 2026
[84] N. Mehta et al., “An entangling gate for dual-rail erasure qubits,” Nature, vol. 656, no. … · 2026
[33] IBM, “IBM Quantum Computing — Hardware and roadmap.” [Online]. Available: https://www.ibm.…

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא
מיוצר
(b) זמן · שזירה
—
(c) קריאה
דיספרסיבית במיקרוגל · 282 ns · לא הרסנית · mid-circuit
(d) ניידות
—
(e) בקרה
מיקרוגל @ טמפרטורת החדר
(f) מבנה השגיאה
דליפה
(g) ייצור
ליתוגרפיה של מוליכי-על

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

readout pulse / fidelity (IQM) → 240 ns pulse (≈280 ns full window) / 99.94% simultaneous assignment; QNDness 99.3%
מגדירה: שעון (זמן מחזור) · 2025-09 · מקור
at-scale readout error → ~1×10⁻² (fleet)
מגדירה: ערוץ השגיאה · 2025-08 · מקור

רשומות סטנדרטיות

זמן איפוס / אתחול → 160 ns · טיפוסי
Google surface code: 'Cycle duration is 921 ns, including 500 ns measurement and 160 ns reset' (measure-qubit multi-level reset) · 2022-07 · מקור [D] ⓘ
זמן איפוס / אתחול → 25 ns · הטוב ביותר
IBM Nighthawk r2: activating the reset coupler pulls effective T1 from ~200 us median 'down to roughly 25 nanoseconds' · 2026-08 · מקור [C] ⓘ
שגיאת איפוס → 2.00e-3 · הטוב ביותר
Unconditional all-microwave reset via |f0>-|g1> transfer to the resonator: <500 ns, 0.2% residual excitation · 2018-01 · מקור [D] ⓘ
שגיאת SPAM → 7.70e-3 · טיפוסי
Willow 105-q QEC chip: measurement error 0.77% +/- 0.21% (repetitive, measure qubits); RCS chip 0.67% +/- 0.51% (terminal) · 2024-12 · מקור [C] ⓘ
שגיאת SPAM → 6.00e-4 · הטוב ביותר
IQM, 240 ns readout pulse with |f>-shelving + TWPA: simultaneous assignment fidelity 'above 99.94%' for both qubits · 2025-08 · מקור [D] ⓘ
נאמנות QND / הישרדות → 0.993 · הטוב ביותר
IQM: 'QNDness 99.3% for both qubits', measured without the shelving gate · 2025-08 · מקור [D] ⓘ

בשימוש: 89 מכונות (80 ראשית · 9 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 — Fig. 1: (a) Cross-sectional view at AA’ plane in (f) (not to scale), illustrating the chip stack-up and the coupling section between readout resonat…
Figure of a two-chip (flip-chip) superconducting device. Top left, a cross-section drawing (not to scale) of top and bottom chips joined by indium bumps; bottom left, a false-coloured micrograph through the bonded pair showing the feedline, eight meandered readout resonators, two spiral Purcell-filter resonators, bump grid and SU-8 spacers (1 mm scale bars); right, a 3D model with the top chip flipped open and close-ups of the coupling sections. From arXiv 2603.16693 by Zhen Luo, Amelie Hagelauer and co-authors; the chip label reads BPF_DEMO_V1, 2025.04.16. A Purcell filter passes readout signals but stops qubit energy leaking out; here readout and filter circuits are split between the two bump-bonded chips. “Fig. 1 — Fig. 1: (a) Cross-sectional view at AA’ plane in (f) (not to scale), illustrating the chip stack-up and the coupling section between readout resonator and…” by Zhen Luo et al., arxiv.org/abs/2603.16693, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 2 — Fig. 2: Characteristics of qubit-specific single-shot readout traces. Panels (a-e) show the state discrimination of integrated single-shot traces fo…
Data plots: five scatter plots in the I-Q plane of single-shot readout signals from five superconducting qubits, with red and blue clouds marking the inferred ground and excited states, plus a 5x5 cross-fidelity matrix. From "Low-latency machine learning FPGA accelerator for multi-qubit-state discrimination" by Pradeep Kumar Gautam et al. It shows the task of dispersive microwave readout: telling two noisy clouds apart. Notice qubits 1 and 5 separate cleanly while qubit 2 overlaps almost completely (fidelity 0.43), the hard cases a better discriminator must handle. “Fig. 2 — Fig. 2: Characteristics of qubit-specific single-shot readout traces. Panels (a-e) show the state discrimination of integrated single-shot traces for all five…” by Pradeep Kumar Gautam et al., arxiv.org/abs/2407.03852, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Fig. 1: Block diagram of a superconducting quantum processor interfacing with an FPGA system for qubit control and readout. The FPGA is part of the…
A block diagram (drawing, not a photograph): an FPGA with a neural-network accelerator, the RFSoC converters (RF-DAC at 6 GSPS, RF-ADC at 4 GSPS), and a five-qubit superconducting chip with readout resonators and a TWPA amplifier inside a dilution refrigerator. It comes from Gautam, Kalipatnapu, Thakur and co-authors, paper "Low-latency machine learning FPGA accelerator for multi-qubit-state discrimination"; the FPGA sits on a ZCU111 RFSoC evaluation kit. It traces the dispersive readout chain: pulses probe each resonator, and the returned I/Q signal is classified by a neural network. “Fig. 1 — Fig. 1: Block diagram of a superconducting quantum processor interfacing with an FPGA system for qubit control and readout. The FPGA is part of the ZCU111…” by Pradeep Kumar Gautam et al., arxiv.org/abs/2407.03852, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
ro_disp · layer 6 קריאה · centrality 10.4 · demonstrated · since 2005 · updated 2026-09-30

קריאה דיספרסיבית במיקרוגל (+TWPA, מסנן פרסל)

מצב הקיוביט נקרא כהסטה דיספרסיבית של מהוד מצומד, מסונן במסנן פרסל על השבב ומוגבר קרוב לגבול הקוונטי לפני ה-HEMT.

Verdict. ניתן להפרכה — נאמנות השיוך (assignment fidelity) כבר עומדת על 99.94%, ולכן אם שגיאת הקריאה בצי המכונות תישאר קרובה ל-1% עד סוף 2027, האיבר המגביל הוא דליפה מושרית-מדידה והפרת QND, לא רעש המגבר.

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

מהוד המצומד מחוץ לתהודה (צימוד g, היסט Δ ≫ g) רוכש הסטה תלוית-מצב χ ≈ g²/Δ, ולכן טון בדיקה נושא את המצב בפאזה שלו בלי להחליף קוונטים עם הקיוביט — לא-הורס מעצם בנייתו. Wallraff ועמיתיו ב-Yale ביססו אותה כערוץ הקריאה של האלקטרודינמיקה הקוונטית של מעגלים D[591]. שתי תוספות הופכות אותה לשמישה: מסנן פרסל על השבב, המעביר את טון הבדיקה וחוסם את פליטת הקיוביט אל אותו קו, ומגבר פרמטרי הקרוב לגבול הקוונטי לפני ה-HEMT.
תכונות: זיקת הנושא a = 1.0, מיוצרת לחלוטין. קריאה ~10⁻⁶·⁵⁵ s (≈280 ns), לא-הורסת, ניתנת לביצוע באמצע המעגל.

פיזיקה וגבולות

ההפרדה דורשת מספר קבוע של פוטוני אות בכניסת המגבר, ולכן זמן הקריאה יורד עם הספק הבדיקה ועולה עם רעש השרשרת. מגבר גל נודד של ג'וזפסון הנותן 12 dB על פני 4 GHz קרוב לגבול הקוונטי D[592] מסלק את קנס הרעש של ה-HEMT, ולכן המגבר אינו הרצפה. הרצפה היא מה שבדיקה חזקה עושה לקיוביט: מעל מספר פוטונים קריטי, המערכת המולבשת עוברת מעברים מושרי-מדידה אל מחוץ לתת-המרחב החישובי, והקוד יורש דליפה — לא מבושרת, דביקה, מתואמת בזמן, לא היפוך פאולי. ההתקן של IQM מראה את הפיצול: נאמנות שיוך בו-זמנית של 99.94% עם פולס של 240 ns והעברה לרמת מדף במצב המעורר השני, אך מידת QND (אי-הריסה של המדידה) של 99.3% D[38]. שגיאת השיוך היא 6×10⁻⁴; הסיכוי שהקיוביט אינו שורד במצב שנמדד גדול בסדר גודל — וזה מה שחילוץ הסינדרום צורך. רוחב הקו של מסנן פרסל קונה מהירות, אך כשהוא מורחב הוא פותח מחדש את ערוץ הפליטה שלשם סגירתו הוא קיים. מה שמזיז את הרצפה: הבחנה ללא רמת מדף, בידוד על השבב, וקידודים ההופכים מדידה כושלת למחיקה מבושרת.

מצב ההנדסה העדכני

טבלה
שנה נתון מי תג+מפתח
2024-12 Willow, 105 קיוביטים: קריאה 99.5%, מחזור תיקון שגיאות של 1.1 µs Google D[1]
2025-08 קריאה בו-זמנית 99.94%, פולס של 240 ns, מידת QND 99.3% IQM D[38]
2026-08 קריאת מהוד במסילה כפולה: SPAM ≈0.02%, מחיקה ≈0.5% לשער Quantum Circuits D[84]
2026-07 שגיאת קריאה בצי המכונות ~1×10⁻² IBM C[33]

הפיזור הוא הסיפור: 6×10⁻⁴ בזוג מאופיין, 5×10⁻³ על פני 105 קיוביטים, ~10⁻² בצי מכונות D[38]D[1]C[33]; Zuchongzhi 3.0 נקרא ב-99.13% D[35]. הקריאה היא איבר השגיאה הגדול ביותר של ערוץ יחיד בקנה מידה גדול, גדול מזה של השערים הדו-קיוביטיים, והיחיד שערכו בצי המכונות כמעט לא זז בשנתיים.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

על השבב אין תהליך נוסף: המהוד ומסנן פרסל מודפסים בליתוגרפיה של הקיוביט עצמו, והמחיר הוא שטח ותכנון תדרים: כל קיוביט על קו הזנה זקוק לתדר מהוד נבדל בתוך פס המגבר. מחוץ לשבב, השרשרת — מבודדים, צירקולטורים (circulators), מגבר פרמטרי, HEMT — היא החומרה המגושמת ביותר במקרר, ושם הופיע שוק של ספקים עצמאיים: Silent Waves (Grenoble) מוכרת את Argo, Carthago ו-Zephyr, האחרון הושק ב-2026-03-13, ל-Rigetti, Alice & Bob, Qilimanjaro, QphoX ו-CEA C[593]; QuantWare מוכרת TWPA מסוג Crescendo C[594]; QuantumCore מפתחת אחד עם Institute for Quantum Computing P[595]. החשיפה לפיקוח על יצוא ישירה: ECCN 3A901, בתוקף מ-2024-09-06, מכסה אלקטרוניקה מתחת ל-4.5 K ונוקב במגברים פרמטריים, ולכן TWPA מפוקח בזכות עצמו G[301].

בקרה, קריאה ועומס הקלט-פלט

כל קיוביט צורך מהוד, חלק מקו הזנה (שמונה עד עשרה קיוביטים מרובבים על כל קו), חלק מהתחום הדינמי של מגבר אחד, וערוץ המרה אנלוגית-ספרתית עם הבחנה בזמן אמת. המגבר הוא אילוץ ההגדלה שאיש לא פרסם לו מספר: רוויית ה-TWPA מגבילה את מספר הטונים הבו-זמניים להתקן, וכל קו הזנה זקוק לערימת מבודדים משלו — נפח, לא צורן. המכשור הדביק (יותר מ-1,000 ערוצים למסד C[526]), אך התקציב נקבע במורד הזרם: המפענח בזמן אמת של Google רץ בהשהיה של 63 µs עבור d=5 מול מחזור של 1.1 µs D[1], ולכן קריאה ועוד פענוח מגדירים את הלולאה. ב-10⁶ השרשרת חייבת לעבור אל הקור, ולא הוצג ממיר אנלוגי-ספרתי קריוגני מעבר לקומץ קיוביטים.

תפקיד במחסנית

היא משרתת כל ארכיטקטורה במשפחת מוליכי-העל: טרנסמונים, קידודי חתול ו-GKP בוזוניים, קיוביטי מחיקה במסילה כפולה, ואותה שרשרת במחשבי הרפיה. היא דורשת את ההסטה הדיספרסיבית של הטרנסמון, ובקודים בוזוניים — קיוביט עזר המתווך את מדידת המהוד הבוזוני, ומספקת את המדידה הלא-הורסת באמצע המעגל שכל סכמת תיקון שגיאות כאן מניחה — אין לה תחליף בתוך המשפחה. תרומתה לשעון ישירה: שעון נגזר = סכום סבב הסינדרום: שכבות שערים + הובלה + קריאה + איפוס הוא 0.65 µs, מתוכם 0.28 µs קריאה — האיבר הגדול ביותר, לעומת ~0.048 µs לשכבת שערים D[1]D[38] — בתוך מחזור נמדד של 1.1 µs. אין משבצת ריקה סמוכה בגרף הטכנולוגיות.

ראיות — כיצד נמדדו המספרים

שלושה גדלים מהלכים בשם "נאמנות קריאה" ואינם ניתנים להחלפה זה בזה: נאמנות השיוך, מידת ה-QND (הקיוביט נותר במצב שדווח) ו-SPAM (שגיאת הכנת המצב והמדידה). הכותרת של 99.94% היא נאמנות שיוך בו-זמנית עם רמת מדף; מידת ה-QND באותו התקן היא 99.3% D[38]. ה-~10⁻² של צי המכונות של IBM אינו מפורק לרעש מגבר, לדעיכה מוגבלת-פרסל ולמעברים מושרי-מדידה C[33]. סתירת ערכים: רשומת הגרף מצטטת קריאה של 280 ns, והקדם-פרסום פולס של 240 ns, ולכן יש לקרוא את ~280 ns כחלון המלא. אף מעבדה בלתי תלויה לא שחזרה את תוצאת ה-99.94%.

לא פורסם: משפחת פטנטים נקובה של TWPA או של מסנן פרסל עם בעלים ושנת הענקה; שיעור תקינות של TWPA, עלות ליחידה או מספר הטונים המרובבים שמגבר אחד מחזיק לפני דחיסה, מאף ספק; ומידת QND ממוצעת לצי המכונות, מאף ספק.

שחקנים וכלכלה

מי.
| ארגון | תפקיד | מדינה | מה בדיוק הם עושים בטכנולוגיה זו | ראיות |
|---|---|---|---|---|
| IQM | מפתח | פינלנד | שיא הקריאה: 99.94% עם רמת מדף, מידת QND 99.3% | D[38] |
| Google | מפתח | ארה״ב | קריאה של 99.5% על פני 105 קיוביטים במחזור של 1.1 µs | D[1] |
| IBM | מפתח | ארה״ב | מפרסמת את שגיאת הקריאה היחידה של צי מכונות בקנה מידה גדול, ~10⁻² | C[33] |
| Silent Waves | ספק | צרפת | יצרנית TWPA עצמאית, שלושה מוצרים במשלוח | C[593] |
| QuantumCore | ספק | קנדה | פיתוח TWPA עם IQC Waterloo | P[595] |

כספים.

  • 2026-05-05 · QuantWare · סבב B · $178 M (€152 M) · Intel Capital, In-Q-Tel, ETF Partners · נסגר C[547]fact
  • 2026-04-25 · QuantumCore · רישום למסחר (CSE: QNCR, 2026-04-14) ועוד מענק NSERC Alliance · גויסו $10.7 M, מענק של $1.7 M · NSERC/IQC · נסגר P[595]
  • 2026-01 · D-Wave · מיזוג ורכישה (Quantum Circuits) · $550 M · — · הוכרז C[84]

שוק ושרשרת אספקה. השרשרת, לא השבב, היא מה שטכנולוגיה זו קונה: מבודדים וצירקולטורים, HEMT, המגבר הפרמטרי. שוק ה-TWPA דליל — שלושה ספקים עצמאיים קטנים מול בנייה עצמית ב-Google וב-IBM — ולכן יציאה אחת מהשוק משמעותית כאן יותר מבכל מקום אחר, והחלקים נתונים לפיקוח על יצוא G[301]. G2 ו-G3 משלמים על טכנולוגיה זו; G7 קונה את המכשור.

קניין רוחני ותקנים. לא נמצאה משפחת פטנטים של TWPA או של מסנן פרסל עם בעלים נקוב ושנת הענקה; מגבר-המבודד של Silent Waves מ-2025 ב-Nature Electronics הוא תכנון שפורסם, לא פטנט שהוענק C[593]. לא זוהתה התדיינות משפטית, ואף גוף תקינה אינו מגדיר כיצד מדווחים על נאמנות קריאה — ומכאן שלושה מספרים המצוטטים זה במקום זה.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. Silent Waves: שלושה מוצרים עם לקוחות נקובים (Zephyr הובטח והושק ב-2026-03-13) C[593], העמידה בהבטחות האמינה ביותר כאן. QuantumCore: הוכרזה ב-2026-04-25, מוקדם מכדי לשפוט P[595]. אף ספק פלטפורמה אינו מפרסם יעד קריאה ממוצע לצי המכונות להבדיל מנאמנות ההתקן הטוב ביותר — השמטה בולטת כשהקריאה היא איבר השגיאה הגדול ביותר בצי.

פרשנות אסטרטגית. זהו צוואר בקבוק משותף: ארבע ארכיטקטורות תלויות באותה חומרת הגברה ובידוד, ולכן סיכון הריכוזיות מערכתי באופן שבחירות שבב הקיוביטים אינן. אם הקריאה בצי המכונות תישאר קרובה ל-10⁻², Λ ייתקע יהיו השערים אשר יהיו, שכן חילוץ הסינדרום יורש את שגיאת המדידה — הטיעון בעד קידודים מסוג מחיקה, ההופכים מדידה כושלת למבושרת. המנצחים: ספקי מגברים עצמאיים והספק שיפתור את ה-QND ולא את השיוך. כוח המיקוח בידי ספקי הפלטפורמות, אם כי רישוי היצוא נותן למאסדרים מנוף.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר או להוריד בדרגה בתוך 12–24 חודשים: האם ספק כלשהו יפרסם מידת QND ממוצעת לצי המכונות; האם שגיאת הקריאה בצי תרד מתחת ל-5×10⁻³. התרחיש הטוב ביותר עד 2029: הבחנה ללא רמת מדף ובידוד על השבב מקרבים את שגיאת הקריאה בצי אל 10⁻³ בלי להאט את המחזור. התרחיש הגרוע ביותר: דליפה מושרית-מדידה מחזיקה את מידת ה-QND סביב 99.3% יהיה המגבר אשר יהיה, והקריאה נשארת האיבר המגביל את Λ. שאלות פתוחות: כיצד מתפרק ה-1% של הצי; כמה טונים נושא TWPA אחד לפני דחיסה.

מקורות
  1. [1] Google Quantum AI and Collaborators, “Quantum error correction below the surface code threshold,” Nature, vol. 638, no. 8052, pp. 920–926, Dec. 2024, doi: 10.1038/s41586-024-08449-y. [D]
  2. [33] IBM, “IBM Quantum Computing — Hardware and roadmap.” [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/hardware [C]
  3. [35] D. Gao et al., “Establishing a New Benchmark in Quantum Computational Advantage with 105-qubit Zuchongzhi 3.0 Processor,” Phys. Rev. Lett., vol. 134, Art. no. 090601, Mar. 2025, doi: 10.1103/PhysRevLett.134.090601. arXiv:2412.11924. [D]
  4. [38] F. Marxer et al., “Above 99.9% Fidelity Single-Qubit Gates, Two-Qubit Gates, and Readout in a Single Superconducting Quantum Device,” PRX Quantum, vol. 7, Art. no. 020333, 2026, doi: 10.1103/n86s-2b88. arXiv:2508.16437. [D]
  5. [84] N. Mehta et al., “An entangling gate for dual-rail erasure qubits,” Nature, vol. 656, no. 8126, pp. 47–53, Aug. 2026, doi: 10.1038/s41586-026-10822-y. arXiv:2503.10935. [D]
  6. [301] US Department of Commerce, Bureau of Industry and Security, “Commerce Control List Additions and Revisions; Implementation of Controls on Advanced Technologies Consistent With Controls Implemented by International Partners,” Federal Register, vol. 89, p. 72926, Sep. 6, 2024. [Online]. Available: https://www.federalregister.gov/documents/2024/09/06/2024-19633/commerce-control-list-additions-and-revisions-implementation-of-controls-on-advanced-technologies [G]
  7. [526] Zurich Instruments, “Zurich Instruments Launches the ZQCS Quantum Control System to Master the Long-Lived Logical Qubit Challenge,” Mar. 9, 2026. [Online]. Available: https://www.zhinst.com/americas/en/news/zurich-instruments-launches-zqcs-quantum-control-system-master-long-lived-logical-qubit/ [C]
  8. [547] QuantWare, “QuantWare Raises $178 Million to Build World’s Most Powerful Quantum Processors at an Industrial Scale,” May 5, 2026. [Online]. Available: https://quantware.com/news/quantware-raises-178-million [C]
  9. [591] A. Wallraff et al., “Strong coupling of a single photon to a superconducting qubit using circuit quantum electrodynamics,” Nature, vol. 431, no. 7005, pp. 162–167, Sep. 2004, doi: 10.1038/nature02851. arXiv:cond-mat/0407325. [D]
  10. [592] T. C. White et al., “Traveling wave parametric amplifier with Josephson junctions using minimal resonator phase matching,” arXiv:1503.04364, Mar. 2015. [D]
  11. [593] Silent Waves, “Silent Waves - Traveling-Wave Parametric Amplifiers (TWPAs),” Mar. 13, 2026. [Online]. Available: https://www.silent-waves.com/ [C]
  12. [594] QuantWare, “Peripherals — Crescendo TWPA,” 2026. [Online]. Available: https://quantware.com/product/peripherals [C]
  13. [595] D. Finke, “QuantumCore Secures $1.7M NSERC Grant to Advance Superconducting Amplifiers,” Quantum Computing Report, Apr. 25, 2026. [Online]. Available: https://quantumcomputingreport.com/quantumcore-partners-with-iqc-and-nserc-in-1-7m-traveling-wave-parametric-amplifier-twpa-development-initiative/ [P]

General facts cited above: fact, fact.