→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

גילוי קוודרטורה הומודיני (CV) ro_homodyne

אופן אות מתאבך עם מתנד מקומי חזק על זוג פוטודיודות מאוזן, שזרם ההפרש שלו דוגם קוודרטורה נבחרת אחת של השדה — המדידה החישובית של מכונות משתנה רציף ו-GKP.

גילוי קוודרטורה הומודיני (CV)

ro_homodyne · שכבה 6 קריאה · הודגם · מאז 2012
פתח במפה

מדידה של קוודרטורת שדה ביחס למתנד מקומי משותף — המדידה החישובית של מכונות משתנה רציף ו-GKP (Aurora); מניית פוטונים נותרת מסלול הבישור, והדוגמים (Borealis, Jiuzhang) מונים פוטונים.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[635] W. Asavanant et al., “Time-Domain Multiplexed 2-Dimensional Cluster State: Universal Quant… · 2019
[636] M. V. Larsen, X. Guo, C. R. Breum, J. S. Neergaard-Nielsen, and U. L. Andersen, “Determini… · 2019
[173] H. A. Rad et al., “Scaling and networking a modular photonic quantum computer,” Nature, vo… · 2025
[638] J. F. Tasker et al., “Silicon photonics interfaced with integrated electronics for 9 GHz m… · 2021
[639] C. Bruynsteen et al., “Integrated balanced homodyne photonic–electronic detector for beyon… · 2021

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא
פוטון (חלקיק טבעי, אופנים מהונדסים)
(b) זמן · שזירה
—
(c) קריאה
קוודרטורה הומודינית · 1.0 µs · הרסנית · mid-circuit
(d) ניידות
—
(e) בקרה
אלקטרו-אופטית @ טמפרטורת החדר
(f) מבנה השגיאה
גאוסית (הזזות קטנות)
(g) ייצור
מפעל ייצור למעגלים פוטוניים משולבים

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

אין תכונות מתוארכות

נצילות הגלאי והרעש האלקטרוני קובעים את הסחיטה האפקטיבית; בשעון של 1 MHz הגילוי אינו צוואר הבקבוק.

שחקנים ויעדים — ביאורים

פוטוניקה של משתנה רציף — GKP — Xanadu (Aurora) · G4 G6

קשתות

דורשת: אופן של אור סחוט (CV), הנעה אלקטרו-אופטית + אלקטרוניקת הזנה קדימה (טמפרטורת החדר)
חלופות: גילוי פוטון בודד (SNSPD / TES)
° אחת מכמה שהיו מתאימות · הדרך המקובלת, לא דרישה מחייבת

בשימוש: 1 מכונה (1 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. 3 — Figure 3: Integrated photonic-electronic quantum coherent receiver. a Micrograph of the PIC wirebonded to the EIC, with circuit schematic. b LO powe…
An eight-panel figure. (a) An optical micrograph, 2.7 × 0.8 mm, of a photonic chip wire-bonded to an electronic amplifier chip, with its circuit: signal and local-oscillator (LO) light mix in a tunable push-pull Mach–Zehnder interferometer, a balanced photodiode pair subtracts the outputs, and transimpedance amplifiers boost the difference; (b)–(e) show shot noise 14.0 dB above electronic noise, 2.57 GHz gain bandwidth and 3.70 GHz shot-noise bandwidth; (f) a balancing feedback loop; (g), (h) balanced versus unbalanced spectra. It comes from arXiv 2604.07087 by Gurses, Samaga, Kondylis and Hajimiri. It is a balanced homodyne detector shrunk onto chips; it measures shot noise, not squeezed light itself. “Fig. 3 — Figure 3: Integrated photonic-electronic quantum coherent receiver. a Micrograph of the PIC wirebonded to the EIC, with circuit schematic. b LO power sweep…” by Volkan Gurses, Suraj Samaga, Elianna Kondylis, Ali Hajimiri, arxiv.org/abs/2604.07087, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
File:Fig-BHD-E-RS.jpeg
Schematic drawing of a balanced homodyne detector: a strong local-oscillator (LO) beam, passed through a phase shifter, is mixed with a signal carrying squeezed uncertainty on a 50/50 beam splitter, and the two outputs hit photodiodes PD1 and PD2 whose currents are subtracted. Drawn by RSchnabel in 2018. This is the standard readout for continuous-variable photonic quantum computing: the subtraction cancels the laser's own noise, and the phase-shifter angle selects which quadrature of the squeezed light is measured. “Fig-BHD-E-RS” by RSchnabel, commons.wikimedia.org/wiki/File:Fig-BHD-E-RS.jpeg, CC BY SA 4.0 (creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)
Fig. 1 — Figure 1Diagram of the experimental setup. Alice uses an IQ modulator to modulate the amplitude and phase of a continuous wave laser, estimate the m…
Drawing of a continuous-variable quantum key distribution experiment as it is wired on the bench. Alice modulates a continuous-wave laser with an IQ modulator, attenuates it to the quantum level and sends it through single-mode fibre; Bob corrects its polarisation, mixes it on a fibre beam splitter with his own independent laser, the 'local oscillator', and measures the two outputs with a balanced detector read by an oscilloscope. From Scientific Reports (2024), Fig. 1, by Ruiz-Chamorro, Garcia-Callejo and Fernandez. It shows homodyne detection with a locally generated oscillator, the receiver of CV-QKD links. “Fig. 1 — Figure 1Diagram of the experimental setup. Alice uses an IQ modulator to modulate the amplitude and phase of a continuous wave laser, estimate the modulation…” by Ruiz-Chamorro, Andres; Garcia-Callejo, Aida; Fernandez, Veronica, www.nature.com/articles/s41598-024-61461-0, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
ro_homodyne · layer 6 קריאה · centrality 4.5 · demonstrated · since 2012 · updated 2026-09-26

גילוי קוודרטורה הומודיני (CV)

אופן אות מתאבך עם מתנד מקומי חזק על זוג פוטודיודות מאוזן, שזרם ההפרש שלו דוגם קוודרטורה נבחרת אחת של השדה — המדידה החישובית של מכונות משתנה רציף ו-GKP.

Verdict. פיזיקת המקלט בשלה — גלאים משולבים נשארים מוגבלי-רעש-ירי עד 9–20 GHz מול שעון מכונה של 1 MHz — אך נכון ל-2026-09-26 אף מכונת משתנה רציף לא פרסמה את הנצילות או את מרווח הרעש האלקטרוני של ערוצי ההומודין החישוביים שלה, והאובדן במעלה הזרם, לא הגלאי, קובע את רצפת השגיאה.

Key references

LO = מתנד מקומי; GKP = מצב סריג של Gottesman–Kitaev–Preskill; MBQC = חישוב קוונטי מבוסס-מדידה; PNR = מבחין במספר הפוטונים; TES = חיישן קצה-מעבר; TIA = מגבר טרנס-אימפדנס; OPA = מגבר פרמטרי אופטי; G1–G7 = מחלקות היעדים של הדוח (ראו "שחקנים וכלכלה").

זהות ומוצא

אופן אות חלש ו-LO חזק נפגשים על מפצל אלומה 50:50; חיסור שני הפוטו-זרמים מבטל את הרעש הקלאסי של ה-LO ומשאיר אות פרופורציונלי לקוודרטורה x̂_θ = x̂ cos θ + p̂ sin θ, כש-θ נקבעת בפאזת ה-LO. גילוי הטרודיני מודד שתי קוודרטורות צמודות בבת אחת תמורת יחידה אחת נוספת של רעש ריק. הוא הפך לקריאה חישובית כשמצבי אשכול של משתנה רציף בריבוב זמן נקראו אופן אחר אופן — Tokyo D[635] ו-DTU D[636], שניהם ב-2019 — ועבר אל שבבים ב-Aurora של Xanadu D[173].
תכונות: הורסת אך באמצע המעגל (ב-MBQC זווית המדידה היא השער); ~10⁻⁶ s למדידה בשעון של 1 MHz; בקרה אלקטרו-אופטית בטמפרטורת החדר; שגיאות של רעש גאוסי; ייצור במעגלים פוטוניים משולבים.

פיזיקה וגבולות

הנצילות η פועלת כאובדן לפני גלאי אידאלי: שונות V נרשמת כ-ηV + (1−η) ביחידות ריק, ולכן תצפית ב-10 dB של סחיטה דורשת η > 0.90 גם בסחיטת קלט אינסופית S. במצבי GKP, שינוי קנה מידה ב-1/√η הופך אי-נצילות להזזה גאוסית בשונות (1−η)/η: η = 0.99 מוסיף 0.010, עשירית מה-0.106 שיעד ה-~9.75 dB של האטלס מתיר (~0.4 dB); η = 0.95 לבדו גורר 9.75 dB אל 8.0 dB S. מרווח רעש אלקטרוני של C dB הוא נצילות שקולה 1 − 10^(−C/10): 20 dB עולים 1 %, 28 dB — 0.16 % S. ריצוד הפאזה של ה-LO, δθ, מכניס את הקוודרטורה האנטי-סחוטה, V ≈ Vsq + V_anti·δθ²; באנטי-סחיטה של 15 dB, 1° rms עולה כמו 1 % של אי-נצילות S. רוחב הפס חייב לעלות על הופכי משך האופן — תאי ה-40 ns של Tokyo ישבו תחת גלאים של ~100 MHz D[635]. תוצאת GKP משויכת לתא של הכפולה הקרובה ביותר של √π, והזוגיות שלה נקראת כערך הלוגי; q̂, p̂ ו-q̂+p̂ מממשים Z, X ו-Y, והמרחק לקצה התא יכול לשקלל את המפענח החיצוני S[637].

מצב ההנדסה העדכני

טבלה
שנה נתון מי תג+מפתח
2019 מצב אשכול דו-ממדי; הומודין של ~100 MHz, נצילות 0.75–0.80; מאפסים (nullifiers) −4.8 עד −5.3 dB Univ. of Tokyo D[635]
2019 מצב אשכול דו-ממדי של >30,000 אופנים; שני גלאי הומודין בסיב; מאפסים −4.7 / −4.3 dB DTU D[636]
2021 מקלט Ge-on-Si + SiGe: רוחב פס 3-dB של 1.7 GHz, מוגבל-רעש-ירי מעבר ל-9 GHz Univ. of Bristol D[638]
2021 פוטוניקת צורן + TIA מ-GaAs: מוגבל-רעש-ירי מעבר ל-20 GHz, מרווח של 28 dB Ghent Univ. D[639]
2023 הגברה מוקדמת ב-OPA: סחיטה של 5.2 ± 0.5 dB, DC–43 GHz, ללא תיקון Univ. of Tokyo, NTT D[640]
2025 Aurora: הומודין על השבב, 12 אופנים במחזור של 1 MHz, הזנה קדימה בתוך מחזור אחד Xanadu D[173]
2026 סוחט והומודין על שבב אחד: 34 אופנים, ~3 dB, נצילות 72 % Univ. of Virginia D[641]

המהירות פתורה שלושה סדרי גודל מעבר לצורך; הנצילות לא. השבב היחיד של יצירה-ועוד-גילוי מגיע ל-72 % D[641], ו-Aurora אינה מציינת נצילות, רוחב פס או מרווח לערוצים שלה D[173]. הגברה מוקדמת ב-OPA עוקפת את הגלאי: האובדן השקול שאחרי המגבר יורד מ-92.4 % ל-0.4 % D[640]. האיבר השולט: אובדן במעלה הזרם — ~56 % בנתיבי הבישור של Aurora, מעל 95 % בנתיביה המבושרים, מול תקציבים של ~1 % D[173].

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

מערך ה-QPU של Aurora הוא חמישה מודולים על פלטפורמת הפוטוניקה של צורן ב-300 mm של AIM Photonics — מוליכי גל מ-SiN ומ-Si, פוטודיודות גרמניום, מאפנני דלדול נושאי מטען — כשמעטפת ה-LO מעוצבת במאפנן Exail MXIQER-LN-30 D[173]. הסחיטה רוצה מוליכי גל בעלי אובדן נמוך, והגילוי — בליעה חזקה; Virginia איחדה את שניהם על שבב אחד בשילוב הטרוגני של פוטודיודות D[641]. רוחב הפס הוא קיבול הפוטודיודה מול המגבר — אלקטרוניקת SiGe ב-Bristol D[638], TIA מסוג pHEMT מ-GaAs ב-Ghent D[639]. החלקים הם רכיבי מדף של טלקום קוהרנטי; המקלט של Tokyo הוא פוטודיודת 5G D[640].

בקרה, קריאה ועומס הקלט-פלט

כל ערוץ הוא זוג פוטודיודות, TIA, ממיר אנלוגי-ספרתי, נתיב LO מבוקר-פאזה וקישור הזנה קדימה הפועל בתוך מחזור שעון אחד. ב-Aurora לייזר ייחוס נושא את הפאזה המייצבת את זוויות המדידה, ובקר הניזון מהאלגוריתם ומהמפענח בוחר בסיסים בכל מחזור, בהזנה קדימה בתוך מחזור שעון אחד D[173]; DTU נעלה את ה-LO שלה בדמודולציית AC D[636]. המקלטים פועלים בטמפרטורת החדר; הבישור ב-36 גלאי ה-PNR של Aurora הוא שרשרת נפרדת D[173]. מספר הערוצים גדל ליניארית עם מספר האופנים לכל מחזור שעון — 12 ב-Aurora; ב-10³–10⁴ תקציב ההמרה האנלוגית-ספרתית וההזנה קדימה, לא האופטיקה, שולט S.

תפקיד במחסנית

משבצת הקריאה של ארכיטקטורת "פוטוניקה של משתנה רציף — GKP", לצד גילוי פוטון בודד. היא דורשת מקור אור סחוט (קוודרטורה למדידה) ובקרה אלקטרו-אופטית (פאזת ה-LO); אין לה קשת מספקת במורד הזרם; גילוי פוטון בודד מחליף אותה בכל מקום שבו מונים פוטונים. פנקס הפערים (G-homodyne) יצר אותה משום שמנייה ב-SNSPD/TES מבשרת במכונת משתנה רציף אך אינה מחשבת; Aurora מאשרת את התיקון D[173], בעוד הכנת GKP עדיין מבשרת בגלאי PNR המצוטטים מעל נצילות של 99 % P[642]. המרשם: Aurora ראשית, תא ✅. Borealis אינה נושאת אותה: 216 האופנים הסחוטים שלה עוברים מפלג 1-ל-16 אל גלאי PNR מסוג TES בנצילות של 95 %, ללא הומודין מוצהר D[270].

ראיות — כיצד נמדדו המספרים

מקלטים מוסמכים לפי ליניאריות רעש הירי, המרווח וכיול הנצילות באור סחוט; מערכות — לפי שונויות מאפסים מתחת לחסם השזירה של −3 dB — כל 1,500 של DTU היו כאלה D[636]. נתונים כאלה כוללים את הגילוי, כמו 5.2 dB ללא תיקון ב-43 GHz D[640]; סחיטה מתוקנת-אובדן וסחיטה אפקטיבית של GKP — 0.62 dB למקור המשולב של Xanadu ברשומת האטלס D[174] — הם גדלים אחרים. הספים תלויים בארכיטקטורה: אופטיקה ליניארית סטטית דורשת 10.1 dB כשכל האופנים GKP, 13.6 dB עם אחד לכל מקרו-צומת, ללא אובדן S[637]. נכון ל-2026-09-26 Aurora מדווחת על אובדני נתיבים, אך לא על נצילות, מרווח או רעש פאזה לכל ערוץ D[173].

ליעד ה-~9.75 dB אין מקור ראשוני; Tzitrin ועמיתיו נותנים 10.1 dB, 13.6 dB או ~10 dB בהתאם לארכיטקטורה. הטקסט של DTU מ-2019 ב-arXiv מוסר את נצילות ההומודין רק בהפניה לעבודה קודמת. לא פורסם: רוחב הפס של ההומודין והשהיית ההזנה קדימה ב-Aurora.

שחקנים וכלכלה

מי.
ארגון תפקיד מדינה מה בדיוק הם עושים בטכנולוגיה זו ראיות
Xanadu מפתח קנדה הומודין על השבב עם הזנה קדימה בתוך מחזור אחד (Aurora) D[173]
University of Tokyo, NTT מחקר יפן קריאת מצבי אשכול; מדידה ב-43 GHz בהגברת OPA D[635], [640]
DTU מחקר דנמרק מצב אשכול הנקרא בגלאי הומודין בסיב D[636]
University of Bristol מחקר בריטניה מקלט Ge-on-Si + SiGe, 9 GHz D[638]
Ghent University מחקר בלגיה פוטוניקת צורן + TIA מ-GaAs, >20 GHz D[639]
AIM Photonics מפעל ייצור ארה״ב פלטפורמת 300 mm עם פוטודיודות Ge עבור Aurora D[173]

כספים. נכון ל-2026-09-26 לא נמצא פריט כספי מתוארך הייחודי לקריאה הומודינית.

שוק ושרשרת אספקה. אין שוק של ספקים עצמאיים למקלטים חישוביים; החלקים משותפים עם הפצת מפתחות במשתנה רציף ועם חילול מספרים אקראיים D[639]. היא משלמת אל G4 ו-G6; הדוגם של G1 מסתדר בלעדיה.

קניין רוחני ותקנים. נכון ל-2026-09-26 אין תקן לדיווח על נצילות או מרווח של הומודין, ואין ספירת פטנטים מתוארכת הייחודית לו.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. נכון ל-2026-09-26 אף מפתח לא פרסם יעד הומודין מתוארך. 35 השבבים של Aurora ו-86.4 מיליארד האופנים שלה במשך 2 h הם תוצאה של קנה מידה, לא של איכות קריאה D[173].

פרשנות אסטרטגית. אם הסחיטה האפקטיבית תתקרב לסף, המקלטים יהפכו לרכיב הפעיל הרב ביותר במכונת משתנה רציף — אחד לכל אופן בכל מחזור שעון — והערך יעבור למי שישלב אותם יחד עם ההזנה קדימה על הפיסה הפוטונית; הגברה מוקדמת ב-OPA היא הגידור. אם לא, ההומודין נשאר בהפצת מפתחות ובמטרולוגיה.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר אם עד 2027-12-31 מכונת משתנה רציף תפרסם נצילות הומודין לכל ערוץ של ≥ 99 % עם מרווח של ≥ 20 dB, או אם סחיטה אפקטיבית של GKP על השבב תעלה על 3 dB; להוריד בדרגה אם עד 2028-06-30 אף מאמר על מערכת משתנה רציף לא יחשוף נתוני מקלט בעוד הסחיטה האפקטיבית נשארת מתחת ל-1 dB.

שאלות פתוחות. (1) מהם הנצילות והמרווח לכל ערוץ ב-Aurora? (2) האם פוטודיודות על פלטפורמת סחיטה בעלת אובדן נמוך יכולות להגיע ל-99 %? (3) האם הגברה מוקדמת ב-OPA מתרחבת לשאיבה נעולה אחת לכל אופן? (4) איזה רעש פאזה של LO סובלת החלוקה לתאים של GKP סמוך ל-10 dB? (5) כמה מהפער מ-0.62 dB הוא אובדן גילוי?

מקורות
  1. [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]
  2. [174] M. V. Larsen et al., “Integrated photonic source of Gottesman–Kitaev–Preskill qubits,” Nature, vol. 642, no. 8068, pp. 587–591, Jun. 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09044-5. [D]
  3. [270] L. S. Madsen et al., “Quantum computational advantage with a programmable photonic processor,” Nature, vol. 606, no. 7912, pp. 75–81, Jun. 2022, doi: 10.1038/s41586-022-04725-x. [D]
  4. [635] W. Asavanant et al., “Time-Domain Multiplexed 2-Dimensional Cluster State: Universal Quantum Computing Platform,” Science, vol. 366, p. 373, 2019, doi: 10.1126/science.aay2645. arXiv:1903.03918. [D]
  5. [636] M. V. Larsen, X. Guo, C. R. Breum, J. S. Neergaard-Nielsen, and U. L. Andersen, “Deterministic generation of a two-dimensional cluster state,” Science, vol. 366, p. 369, 2019, doi: 10.1126/science.aay4354. arXiv:1906.08709. [D]
  6. [637] I. Tzitrin et al., “Fault-tolerant quantum computation with static linear optics,” PRX Quantum, vol. 2, Art. no. 040353, 2021, doi: 10.1103/PRXQuantum.2.040353. arXiv:2104.03241. [S]
  7. [638] J. F. Tasker et al., “Silicon photonics interfaced with integrated electronics for 9 GHz measurement of squeezed light,” Nat. Photon., vol. 15, pp. 11–15, Jan. 2021, doi: 10.1038/s41566-020-00715-5. arXiv:2009.14318. [D]
  8. [639] C. Bruynsteen et al., “Integrated balanced homodyne photonic–electronic detector for beyond 20 GHz shot-noise-limited measurements,” Optica, vol. 8, no. 9, pp. 1146–1152, Sep. 2021, doi: 10.1364/OPTICA.420973. [D]
  9. [640] A. Inoue et al., “Toward a multi-core ultra-fast optical quantum processor: 43-GHz bandwidth real-time amplitude measurement of 5-dB squeezed light using modularized optical parametric amplifier with 5G technology,” Appl. Phys. Lett., vol. 122, Art. no. 104001, 2023, doi: 10.1063/5.0137641. arXiv:2205.14061. [D]
  10. [641] H. Chen et al., “Heterogeneously Integrated Squeezed-Light Generation and Detection on a Single Photonic Chip,” arXiv:2608.13218, Aug. 2026. [D]
  11. [642] Xanadu, “Xanadu Unveils 1st On-Chip Error-Resistant Photonic Qubit,” HPCwire, Jun. 5, 2025. [Online]. Available: https://www.hpcwire.com/off-the-wire/xanadu-unveils-1st-on-chip-error-resistant-photonic-qubit/ [P]