→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

איפוס קיוביט מהיר בלתי מותנה / דיסיפטיבי ro_reset

החזרת קיוביט מוליך-על ל-|0⟩ ב-~100–500 ns במסירת העירור שלו לאופן בעל הפסדים, בדרך כלל מהוד הקריאה, במקום להמתין ל-T1 או למדוד ולהפוך.

איפוס קיוביט מהיר בלתי מותנה / דיסיפטיבי

ro_reset · שכבה 6 קריאה · הודגם · מאז 2018
פתח במפה

החזרת קיוביט ל-|0⟩ ב-~100–500 ns בצימודו למהוד בעל הפסדים או בהנעה דיסיפטיבית ללא מדידה — רכיב עלות לכל מחזור בכל תקציב של קוד המשטח, שטכנולוגיית הקריאה לבדה אינה מתארת.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[596] P. Magnard et al., “Fast and Unconditional All-Microwave Reset of a Superconducting Qubit,… · 2018
[597] M. McEwen et al., “Removing leakage-induced correlated errors in superconducting quantum e… · 2021
[598] L. Chen et al., “Fast unconditional reset and leakage reduction in fixed-frequency transmo… · 2024
[599] Y. Zhou et al., “Rapid and unconditional parametric reset protocol for tunable superconduc… · 2021
[602] R. Acharya et al., “Suppressing quantum errors by scaling a surface code logical qubit,” N… · 2023

מרחב התכן — תכונות

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

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

אין תכונות מתוארכות

זמן האיפוס והעירור השיורי (~10⁻³) הם מדדי הטיב; סילוק הדליפה הוא הבעיה הנלווית.

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, קריאה דיספרסיבית במיקרוגל (+TWPA, מסנן פרסל)
° אחת מכמה שהיו מתאימות · הדרך המקובלת, לא דרישה מחייבת

בשימוש: 6 מכונות (3 ראשית · 3 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: Schematic of the reset process and diagram of the device.a Jaynes-Cummings ladder diagram of the qubit-resonator coupled system. \(|g\
Three-panel schematic of a fast, unconditional reset for superconducting qubits: a level diagram in which modulating the qubit frequency opens a sideband that swaps the qubit's excitation into its readout resonator, where it leaks away at rate κ_r; a circuit of three flux-tunable transmon qubits, each with a readout resonator and Purcell filter on a shared amplified feedline; and the reset pulse, generated by an arbitrary waveform generator and attenuated by 30 dB, modulating the qubit on its flux curve. From a 2021 Nature Communications paper by Yu Zhou, Shengyu Zhang and co-authors. Resetting without measurement in a few hundred nanoseconds shortens every error-correction cycle. “Fig. 1 — Fig. 1: Schematic of the reset process and diagram of the device.a Jaynes-Cummings ladder diagram of the qubit-resonator coupled system.…” by Zhou et al., www.nature.com/articles/s41467-021-26205-y, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Fig. 1: Removing leakage with reset.a Schematic of the multi-level reset protocol. The qubit starts with a population in its first three excited sta…
Drawn two-panel figure explaining a fast reset for superconducting qubits. From Nature Communications (2021), 'Removing leakage-induced correlated errors in superconducting quantum error correction', by M. McEwen, D. Kafri, Z. Chen and colleagues. Panel (a) shows energy ladders of a transmon and its readout resonator: excitations, including leaked states |2⟩ and |3⟩, are swapped into the resonator, which then decays, and the qubit returns empty — about 250 ns in all per the caption. Panel (b) places this reset R after each measurement in a bit-flip code round, where red stars mark leakage that otherwise spreads. It is a diagram, not data. “Fig. 1 — Fig. 1: Removing leakage with reset.a Schematic of the multi-level reset protocol. The qubit starts with a population in its first three excited states (closed…” by McEwen et al., www.nature.com/articles/s41467-021-21982-y, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Fig. 1: Measurement-free logical state teleportation with the [[4, 1, 2]]-code.a Stabilizers SZ, SX and logical operators of the [[4, 1, 2]]-code. b…
Five-panel strip on logical operations without mid-circuit measurement: the four-qubit [[4,1,2]] error-detecting code with its checks and logical operators; logical state preparation above 99 %; a conventional teleportation circuit using measurement and feedback; and 'coherent' versions of teleportation and a logical Hadamard in which controlled gates replace the measurements and the auxiliary qubits are simply reset, reaching 86–95 %. From a 2026 Nature Communications paper by Friederike Butt, Ivan Pogorelov, Thomas Monz, Markus Müller and co-authors. It shows why fast unconditional reset matters: in measurement-free schemes it is the only way entropy leaves the processor. “Fig. 1 — Fig. 1: Measurement-free logical state teleportation with the [[4, 1, 2]]-code.a Stabilizers SZ, SX and logical operators of the [[4, 1, 2]]-code. b…” by Butt et al., www.nature.com/articles/s41467-026-68533-x, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
ro_reset · layer 6 קריאה · centrality 5.6 · demonstrated · since 2018 · updated 2026-09-26

איפוס קיוביט מהיר בלתי מותנה / דיסיפטיבי

החזרת קיוביט מוליך-על ל-|0⟩ ב-~100–500 ns במסירת העירור שלו לאופן בעל הפסדים, בדרך כלל מהוד הקריאה, במקום להמתין ל-T1 או למדוד ולהפוך.

Verdict. הודגם מאז 2018 ונמצא בתוך סבבי תיקון שגיאות מבצעיים (צעד של 160 ns בסבב של 921 ns אצל Google; איפוס קיוביט העזר של USTC, כולו במיקרוגל). המנגנון הדיסיפטיבי של IBM ב-Nighthawk r2 מדווח בידי החברה בלבד: נכון ל-2026-09-26 לא פורסמו משך איפוס או אכלוס שיורי מוחלט.

Key references

T1 = זמן רלקסציית האנרגיה; κ = קצב דעיכת האנרגיה של האופן בעל ההפסדים; LRU = יחידת הפחתת דליפה; DQLR = סילוק דליפה מקיוביטי הנתונים; MLR = איפוס רב-רמתי; Λ = מקדם דיכוי השגיאות לכל צעד במרחק הקוד; G1–G7 = מחלקות היעדים של הדוח (ראו "שחקנים וכלכלה").

זהות ומוצא

איפוס מחזיר קיוביט ל-|0⟩ לפני הרצה, ובתיקון שגיאות — כל קיוביט מדידה פעם אחת בכל סבב סינדרום. איפוס בלתי מותנה — הטכנולוגיה הזאת — מוסר את העירור לאופן בעל הפסדים בלי שום החלטה קלאסית, שלא כהמתנה ל-T1 או כמדידה והיפוך. הוא החל בסכמת "f0g1", כולה במיקרוגל: הנעה מצמדת את |f,0⟩ ל-|g,1⟩ של זוג הטרנסמון–מהוד (g, f = מצב היסוד והמצב המעורר השני; 0, 1 = פוטוני המהוד), והפוטון דולף החוצה ומשאיר עירור שיורי של 0.2% בפחות מ-500 ns וללא משוב D[596]. הוא יושב בשכבת הקריאה משום שהאופן בעל ההפסדים הוא בדרך כלל מהוד הקריאה וקו ההזנה D[597]D[598]. תכונות: על השבב, ליתוגרפיה של מוליכי-על, מונע מטמפרטורת החדר, ללא הובלה; מחלקת השגיאה — דליפה.

פיזיקה וגבולות

רלקסציה פסיבית איטית מדי: גם ללא רצפה תרמית, 10⁻³ ב-T1 = 200 µs דורש ln(10³)·T1 ≈ 1.4 ms S. גם הרצפה חשובה: טרנסמון של 5 GHz בטמפרטורה אפקטיבית של 50 mK מחזיק עירור של ~0.8% S, ולכן האיפוס חייב לקרר — בקצב מהונדס Γ_r ≫ Γ_q השארית שואפת ל-(Γ_q·n_q + Γ_r·n_r)/(Γ_q + Γ_r), האכלוס של האמבט הקר יותר S. המהירות נקבעת בידי האופן בעל ההפסדים: עירור המוחלף אל אופן בעל קצב דעיכה κ יוצא לא מהר יותר מ-κ/2 של הריסון הקריטי, ולכן 10⁻³ דורש ≈ 21/κ, 170–340 ns עבור κ/2π = 20–10 MHz S — התחום של 100–500 ns. כך החלפת שטף של 34 ns הופכת ל-284 ns משעה שיש לרוקן את המהוד D[599]; אמבט מטא-חומר רחב-פס נמלט מהחסם של האופן היחיד D[600]. דיסיפטור בר-מיתוג מנתק את קצב האיפוס מ-T1 במצב סרק: זה של IBM מעביר את T1 האפקטיבי מ-~200 µs ל-~25 ns C[601], יחס הפעלה/כיבוי של ~8×10³ S. הדליפה היא הבעיה הנלווית: X מותנה פועל רק על |0⟩↔|1⟩, ולכן |2⟩ נשאר דלוף S; MLR מרוקן את |1⟩–|3⟩ בהגדרה אחת D[597].

מצב ההנדסה העדכני

טבלה
שנה נתון מי תג+מפתח
2018-08-07 f0g1: שארית של 0.2% ב-<500 ns Magnard ועמיתיו D[596]
2021-03-19 MLR של |1⟩–|3⟩ ב-~250 ns, >99% (מוגבל בקריאה) Google D[597]
2021-10-11 החלפת שטף: 0.08% ± 0.08% ב-34 ns; 284 ns עם ריקון Zhou ועמיתיו D[599]
2023-02-22 איפוס של 160 ns + מדידה של 500 ns בסבב של 921 ns Google, Sycamore D[602]
2024-09-25 איפוס + הפחתת דליפה ב-83 ns, תדר קבוע, >99% Chen ועמיתיו D[598]
2024-11-05 שגיאת איפוס <0.13% (|1⟩), 0.16% (|2⟩) ב-88 ns; LRU ל-|2⟩ בלבד 44 ns Kim ועמיתיו D[600]
2025-12-22 LRU במיקרוגל + איפוס קיוביט עזר: דליפה ÷72 עד 6.4×10⁻⁴; d = 7, Λ = 1.40 ± 0.06 USTC, Zuchongzhi 3.2 P[603]
2026-08-31 120 רכיבי איפוס; שגיאת אתחול ÷25 IBM, Nighthawk r2 C[601]

Sycamore הוציא 660 מתוך 921 ns (72%) על מדידה ואיפוס, ומחבריו מכנים את הסרק של קיוביטי הנתונים במהלכם שגיאה שולטת D[602]. Willow מריץ MLR על קיוביטי המדידה ו-DQLR על קיוביטי הנתונים בכל מחזור של 1.1 µs D[1], לאחר ש-DQLR הוריד את הדליפה בקיוביטי הנתונים פי עשרה, אל מתחת ל-10⁻³ בכל ההתקן D[604]. השורה של USTC היא קריאת העיתונות של ה-PRL שלה D[3]. הרווח של IBM הוא קצב ההרצות: 100,000 מעגלים בשנייה, פי 25 מ-Heron C[601]. האיבר השולט: אכלוס שיורי, שספקי המכונות המסחריות אינם מפרסמים.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

איפוס מבוסס-מהוד אינו מוסיף צעד ייצור D[596]. העלות נגזרת מסוג הקיוביט: טרנסמונים ברי-כוונון בשטף משתמשים שוב בקווי השטף שלהם D[597]; טרנסמונים בתדר קבוע משתמשים במסלול המיקרוגל, במצמד בר-כוונון D[598] או ברכיב ייעודי לכל קיוביט C[601]. רכיב בר-כוונון הוא ככלל אות בקרה אחד נוסף לכל קיוביט S; הסיקור העיתונאי זוקף לזכות מסלול המיקרוגל בלבד של USTC את ההימנעות מחיווט פולסי ה-DC של Google P[605].

בקרה, קריאה ועומס הקלט-פלט

איפוס בלתי מותנה הוא פולס בחוג פתוח: ללא הבחנה, החלטה או הזנה קדימה. איפוס מותנה מערים קריאה, דעיכת המהוד (ring-down), החלטה ופולס π, ורצפתו היא שגיאת השיוך; הסכמה הקודמת של IBM הפכה על |1⟩ ואחר כך שהתה בסרק מאות מיקרושניות בין הרצות C[601], סרק החשוף כ-rep_delay, הסוחר זמן הרצה כנגד שגיאת הכנת המצב C[606]. בקוד המשטח המדידה מתרחשת ממילא; מה שבא אחריה הוא צעד של 160 ns D[602] או לולאת הזנה קדימה שמשלמים עליה בכל סבב S.

תפקיד במחסנית

משבצת 6 של ארכיטקטורת "סריג טרנסמונים עם מצמדים ברי-כוונון", לצד הקריאה הדיספרסיבית. היא דורשת את הטרנסמון (הקיוביט שיש לאפס) ואת ro_disp (מהוד הקריאה כערוץ ההפסדים); נכון ל-2026-09-26 אין לה קשת מספקת, מחליפה או מתנגשת. הקשת אל ro_disp היא המקרה הנפוץ, לא הכרח: Nighthawk r2 מצמד כל קיוביט לסביבה קרה דרך מצמד בר-כוונון משלו C[601]. היא עונה על הפער G-reset עם זמן האיפוס והאכלוס השיורי כתכונות; השעון הנגזר של האטלס מונה קריאה + איפוס כ-≈ שני שלישים מהסבב של מוליכי-העל. המיקומים בחתול ובמסילה הכפולה שהציע פנקס הפערים לא אומצו; אתחול מחדש או טעינה מחדש של אטומים אינם כוללים צעד של אופן בעל הפסדים ואינם הטכנולוגיה הזאת G. הפער האח G-lru, סילוק דליפה מקיוביטי הנתונים, נשאר פתוח. מכונות במרשם, ראשית: Sycamore-class 72-qubit processor, IBM Quantum Loon, IBM Quantum Nighthawk r2; חלופית: Zuchongzhi 3.2, IBM Quantum System Two at CSCS (Swiss Quantum Innovation Hub).

ראיות — כיצד נמדדו המספרים

איפוס נבדק בקריאת הקיוביט לאחריו, ולכן שגיאת הקריאה חוסמת אותו: ה-~10⁻³ של McEwen ועמיתיו היה מוגבל בקריאה D[597]. הגדלים המדווחים אינם ניתנים להשוואה — עירור שיורי, שגיאת איפוס, T1 אפקטיבי, יחס שגיאות. כל ארבעת תאי המרשם מאומתים ✅, אך רק לתא של Sycamore יש ציון מיקום של הנתון (Fig. 1b); התאים של IBM נשענים על בלוגים, וזה של Loon נוקב ב"מנגנוני איפוס" (reset gadgets) ללא נתונים C[486]; לתא של Zuchongzhi 3.2 אין לא ציון מיקום ולא נתון איפוס.

הנתונים של Zuchongzhi 3.2 (72×, 6.4×10⁻⁴, d = 7, Λ) באים מניתוח עיתונאי. הנתונים 1.4 ms, 0.8%, ≈21/κ ו-8×10³ נגזרו מ-arXiv:2409.16748 ומ-arXiv:2411.02950, ולא צוטטו מהם. לא פורסם, נכון ל-2026-09-26: משך האיפוס והשארית של USTC; משך האיפוס, השארית המוחלטת וכל מאמר על Nighthawk r2 — הבלוג שלו נותן T1 אפקטיבי, יחס של 25× וסרק של ~1 µs; נתוני מנגנוני האיפוס של Loon; משך האיפוס המותנה והשהיית ההזנה קדימה של Heron; ומשכי המדידה והאיפוס של Willow, וכן משך ה-DQLR של Miao ועמיתיו.

שחקנים וכלכלה

מי.
| ארגון | תפקיד | מדינה | מה בדיוק הם עושים בטכנולוגיה זו | ראיות |
|---|---|---|---|---|
| Google Quantum AI | מפתח | ארה״ב | איפוס של 160 ns בסבב של Sycamore; MLR + DQLR בכל מחזור של Willow | D[602]D[1] |
| IBM | מפתח | ארה״ב | איפוס מותנה ב-Heron; 120 רכיבים דיסיפטיביים ב-Nighthawk r2; מנגנונים ב-Loon | C[601]C[486] |
| USTC / Hefei National Laboratory | מפתח | סין | LRU במיקרוגל ואיפוס קיוביט עזר בתוך המחזור, Zuchongzhi 3.2 | P[603] |

כספים. נכון ל-2026-09-26 אין פריט כספי מתוארך הייחודי לאיפוס קיוביטים.

שוק ושרשרת אספקה. אין שוק נפרד: איפוס נקנה כתכנון שבב וככיול, ומשתלם כזמן סבב וכקצב הרצות, אל G2–G4.

קניין רוחני ותקנים. אף תקן אינו מגדיר מדד טיב לאיפוס; נכון ל-2026-09-26 אין ספירת פטנטים מתוארכת ממאגר נקוב.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. IBM נקבה במנגנוני איפוס ב-2025-11-12 C[486] וסיפקה אותם ב-Nighthawk r2 ב-2026-08-31 C[601]: סופק, עם יחסים ולא עם נתונים מוחלטים.

פרשנות אסטרטגית. האיפוס הוא המקום שבו ארכיטקטורות בתדר קבוע וארכיטקטורות ברות-כוונון נפרדות. אם דיסיפטורים ברי-מיתוג ישמרו על T1 של מצב הכיבוי שלהם בקנה מידה גדול, אפשר יהיה למטב את מהודי הקריאה לקריאה בלבד.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר אם IBM או קבוצה בלתי תלויה תפרסם עד 2027-06-30 את משך האיפוס, השארית המוחלטת והשימוש באמצע המעגל של Nighthawk r2, ואם קוד משטח עם d ≥ 9 יוריד את קריאה + איפוס אל מתחת למחצית הסבב שלו עד 2027-12-31; להוריד את המנגנון בדרגה לתכונת תפוקה אם הנתונים יכסו רק אתחול בין הרצות.
שאלות פתוחות. (1) לאיזו שארית מוחלטת מגיע Nighthawk r2? (2) מה עולה מצב הכיבוי של דיסיפטור ב-T1 על פני 10³ קיוביטים? (3) האם האיפוס יכול לחפוף לדעיכת המהוד כדי לכווץ את איבר ה-660 ns? (4) האם איפוסים במיקרוגל בלבד משתווים למהירות מבוססת-השטף בלי הפרעה הדדית? (5) איזו סכמה לסילוק דליפה מקיוביטי הנתונים סוגרת את G-lru בלי להוסיף צעד לסבב?

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. [3] T. He et al., “Experimental Quantum Error Correction below the Surface Code Threshold via All-Microwave Leakage Suppression,” Phys. Rev. Lett., vol. 135, no. 26, Art. no. 260601, Dec. 2025, doi: 10.1103/rqkg-dw31. [D]
  3. [486] R. Mandelbaum, “Scaling for quantum advantage and beyond,” IBM Quantum Computing Blog, Nov. 12, 2025. [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/blog/qdc-2025 [C]
  4. [596] P. Magnard et al., “Fast and Unconditional All-Microwave Reset of a Superconducting Qubit,” Phys. Rev. Lett., vol. 121, no. 6, Art. no. 060502, Aug. 2018, doi: 10.1103/physrevlett.121.060502. arXiv:1801.07689. [D]
  5. [597] M. McEwen et al., “Removing leakage-induced correlated errors in superconducting quantum error correction,” Nat. Commun., vol. 12, Art. no. 1761, Mar. 2021, doi: 10.1038/s41467-021-21982-y. arXiv:2102.06131. [D]
  6. [598] L. Chen et al., “Fast unconditional reset and leakage reduction in fixed-frequency transmon qubits,” arXiv:2409.16748, Sep. 2024. [D]
  7. [599] Y. Zhou et al., “Rapid and unconditional parametric reset protocol for tunable superconducting qubits,” Nat. Commun., vol. 12, Art. no. 5924, Oct. 2021, doi: 10.1038/s41467-021-26205-y. [D]
  8. [600] G. Kim et al., “Fast Unconditional Reset and Leakage Reduction of a Tunable Superconducting Qubit via an Engineered Dissipative Bath,” arXiv:2411.02950, Nov. 2024. [D]
  9. [601] H. Haas, D. McKay, and R. Davis, “IBM Quantum Nighthawk r2—more circuits, faster,” IBM Quantum Computing Blog, Aug. 31, 2026. [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/blog/nighthawk-r2 [C]
  10. [602] R. Acharya et al., “Suppressing quantum errors by scaling a surface code logical qubit,” Nature, vol. 614, pp. 676–681, Feb. 2023, doi: 10.1038/s41586-022-05434-1. [D]
  11. [603] M. Ivezic, “China's Zuchongzhi 3.2 Crosses the Error Correction Threshold - and Takes a Different Path Than Google to Get There,” PostQuantum.com, Dec. 30, 2025. [Online]. Available: https://postquantum.com/quantum-research/zuchongzhi-3-2-belowthreshold/ [P]
  12. [604] K. C. Miao et al., “Overcoming leakage in quantum error correction,” Nat. Phys., vol. 19, pp. 1780–1786, Oct. 2023, doi: 10.1038/s41567-023-02226-w. [D]
  13. [605] M. Swayne, “China Demonstrates Quantum Error Correction Using Microwaves, Narrowing Gap With Google,” The Quantum Insider, Dec. 26, 2025. [Online]. Available: https://thequantuminsider.com/2025/12/26/china-demonstrates-quantum-error-correction-using-microwaves-narrowing-gap-with-google/ [P]
  14. [606] IBM, “Qubit initialization.” [Online]. Available: https://quantum.cloud.ibm.com/docs/en/guides/repetition-rate-execution [C]