Бозонная мода резонатора

Raveh Neeman

doi:10.5281/zenodo.22674814

Бозонная мода резонатора cavity

Гармоническая микроволновая мода 3D- или планарного сверхпроводникового резонатора, используемая как носитель кубита; её ошибка — структурированная потеря фотонов, а не универсальный шум Паули.

cavity · слой 1 Носитель кубита · продемонстрировано · с 2013

Открыть на карте

Гармоническая мода 3D/планарного сверхпроводникового резонатора; T1 фотона 10 ms (Al, Yale 2013), T2 резонаторного кубита 34 ms (Weizmann 2023); ошибки — потеря фотона (структурированная).

Обзор →

Ключевые источники

[318] M. Reagor et al., “Reaching 10 ms single photon lifetimes for superconducting aluminum cav… · 2013

[319] O. Milul et al., “Superconducting Cavity Qubit with Tens of Milliseconds Single-Photon Coh… · 2023

[84] N. Mehta et al., “An entangling gate for dual-rail erasure qubits,” Nature, vol. 656, no. … · 2026

[87] N. Coppola, “Alice & Bob Unveils First Quantum System, Helium,” Alice & Bob, Jun. 10, 2026… · 2026

[80] H. Putterman et al., “Hardware-efficient quantum error correction via concatenated bosonic… · 2025

Пространство проектирования — атрибуты

(a) сродство носителя: искусственный
(b) время · запутывание: 316 ns · детерминированное
(c) считывание: дисперсионное СВЧ · 1.0 µs · неразрушающее · внутрисхемное
(d) подвижность: общая шина (колебательные моды / резонатор)
(e) управление: СВЧ @ комнатная
(f) структура ошибки: потеря (стирание), смещённая
(g) производство: механическая обработка объёмных резонаторов

Пространство оценки — датированные атрибуты

cavity single-photon lifetime (Al, Yale) → 10 ms

определяет: канал ошибок · 2013 · источник

cavity-qubit coherence (Weizmann) → T1 25.6 ms / T2 34 ms

определяет: канал ошибок · 2023-09 · источник

Значения 25.6 ms / 34 ms — Weizmann (Milul/Rosenblum, PRX Quantum 4, 030336), а не результат линии Yale; материал резонатора не указан, поэтому «покрытие Nb» не подтверждено.

Стандартные рекорды

T1-релаксация → 26 ms · лучшее

Weizmann long-lived superconducting cavity: single-photon T1 = 25.6 ms · 2023-09 · источник [D] ⓘ

когерентность T2 (эхо/DD) → 34 ms · лучшее

Weizmann: single-photon-encoded cavity qubit coherence T2 = 34 ms · 2023-09 · источник [D] ⓘ

время однокубитного вентиля → не опубликовано · типичное

A bosonic mode has no intrinsic 1Q gate; the gate is ancilla- or beam-splitter-mediated and is recorded on g_bos (~200 ns) · 2026-08 · источник [D] ⓘ

ошибка простоя/памяти за раунд → не опубликовано · типичное

No cavity-qubit QEC round with a published per-round idle error; dual-rail 1Q gate erasure is ~0.1% · 2026-08 · источник [D] ⓘ

Участники и цели — аннотации

Бозонные кубиты в резонаторах — кошачьи кубиты и GKP — Alice & Bob, AWS, Nord Quantique · G3 G4

Двухрельсовые кубиты со стираниями — D-Wave/QCI, AWS, SUSTech · G3 G4

Рёбра

нужно: Объёмные сверхпроводниковые резонаторы (механическая обработка)°, Литография сверхпроводниковых кубитов (переходы Al/AlOx/Al, разводка из Nb, 300 mm)°

нужен для: Бозонные вентили через анциллу (CX кошачьих кубитов, CZ двухрельсовых, светоделитель), Кошачье кодирование (смещённый шум), GKP-кодирование (решётка)°, Дисперсионное СВЧ-считывание (+TWPA, фильтр Парселла)°, Двухрельсовое кодирование (со стираниями)°

° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Используют 10 машин (10 основная · 0 альтернатива)

сверхпроводниковые схемы 10
Alice & Bob Boson 4 Alice & Bob пресса ▣ §I and Fig. 2A–C (memory mode at 1.1 GHz, buffer at 7.9 GHz, ATS); abstract (22 s bit-flip time); the paper Alice & Bob's Boson 4 page links as Boson 4 ✅
Alice & Bob Graphene Alice & Bob пресса ▥ ✅
Alice & Bob Helium (on-premise system) Alice & Bob whitepaper пресса ▥ Fig. 'A Cat Qubit Zoom-In' (sapphire chip, resonator, buffer); Fig. 'The Helium Chip' (16 cat qubits, 72 ports); §The Hardware Behind Cat Qubits ✅
Alice & Bob Helium 2 ("Galvanic Cat") Alice & Bob пресса ▨ ✅
AWS Ocelot AWS Center for Quantum Computing ▣ Fig. 1a-c (storage modes S1-S5, buffers B1-B5); §II ✅
D-Wave gate-model dual-rail system D-Wave Quantum пресса ▣ Fig. 1a (device hardware schematic: pair of 3D λ/4 coaxial cavities per qubit, 3 SQUID transmon couplers) ✅
Nord Quantique single-mode GKP Nord Quantique статья пресса ▣ Fig. 1a (device schematic: double-post cavity + auxiliary transmon); App. A.1 ✅
Nord Quantique Tesseract Nord Quantique страница продукта пресса ▣ Fig. 1a (device schematic: double-post Al cavity, storage mode, auxiliary transmon chip) ✅
Aqumen Seeker Quantum Circuits Inc. (acquired by D-Wave, Jan 2026) пресса ▣ Fig. 1a (dual-rail pairs of 3D λ/4 coaxial cavities) ✅
SUSTech biased-erasure cavity qubit Southern University of Science and Technology статья ▣ Fig. 1b (cavity coaxial stub, transmon ancilla, readout resonator); SI §I.A ✅

↗ карточка реестра · статья / продукт / пресса: ссылки, где машина названа (атрибуция проверена 20 сентября 2026)

Иллюстрации

У каждой иллюстрации — рассказ о том, что на ней, и строка авторства.

Fig. 1 — Figure 1: Device architecture and coherence properties. a Schematic of the double-cell elliptical SRF cavity with four ports for RF control. Three p… — A four-panel figure: a schematic of a double-cell elliptical superconducting cavity with a small chip, a real photograph of the niobium cavity with copper brackets (2 cm scale bar), simulated mode field maps, and decay curves. It comes from the arXiv paper "Ultracoherent superconducting cavity-based multiqudit platform with error-resilient control" by Taeyoon Kim and co-authors. It shows bosonic cavity modes controlled by an ancilla transmon on the chip; notice the millisecond energy-relaxation times (20.6 and 15.6 ms) and the decay speeding up at higher photon numbers. “Fig. 1 — Figure 1: Device architecture and coherence properties. a Schematic of the double-cell elliptical SRF cavity with four ports for RF control. Three ports are…” by Taeyoon Kim et al., arxiv.org/abs/2506.03286, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 1 — Figure 1: System diagrams. The elements representing the Readout, Qubit, Memory 1, and Memory 2 components are red, green, blue, and orange, respect… — A three-panel figure: a cutaway 3D render, not a photograph, of a machined aluminium "flute" cavity holding a sapphire chip with a readout resonator (red) and a transmon qubit (green), plus an energy-level diagram and a schematic spectrum. It comes from the arXiv paper "Analytical Fock-State Generation and SWAP using a Rabi-Driven Transmon" by Natan Karaev, Eliya Blumenthal and Shay Hacohen-Gourgy. It shows two bosonic cavity modes (blue and orange) used as memories and controlled through the transmon; notice how the drilled holes shape where each mode lives. “Fig. 1 — Figure 1: System diagrams. The elements representing the Readout, Qubit, Memory 1, and Memory 2 components are red, green, blue, and orange, respectively. (a)…” by Natan Karaev, Eliya Blumenthal, Shay Hacohen-Gourgy, arxiv.org/abs/2604.07235, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 1 — Figure 1: Experimental setup. (a) The device consists of a high Q cavity, fluxonium (the junction is marked with a red cross), and readout resonator… — A three-panel figure: (a) a line drawing of a coaxial post cavity with a sapphire chip, flux hose, coil and coupling pins; (b) real false-coloured scanning electron micrographs of the fluxonium in grAl and Al, with 10 um, 1 um and 200 nm scale bars; (c) its circuit model. It is Figure 1 of "In-situ tunable interaction with an invertible sign between a fluxonium and a post cavity" by Desislava G. Atanasova, Ian Yang and co-authors (arXiv). It shows a fluxonium qubit coupled to a high-Q cavity. “Fig. 1 — Figure 1: Experimental setup. (a) The device consists of a high Q cavity, fluxonium (the junction is marked with a red cross), and readout resonator on a…” by Desislava G. Atanasova, Ian Yang, Teresa Hönigl-Decrinis, Daria Gusenkova, Ioan M. Pop, Gerhard Kirchmair, arxiv.org/abs/2409.07612, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

cavity · слой 1 Носитель кубита · центральность 7.7 · продемонстрировано · с 2013 · обновлено 2026-09-30

Бозонная мода резонатора

Гармоническая микроволновая мода 3D- или планарного сверхпроводникового резонатора, используемая как носитель кубита; её ошибка — структурированная потеря фотонов, а не универсальный шум Паули.

Вердикт. Лабораторные памяти достигают времени жизни фотона 25.6 ms, но работающие бозонные устройства живут на два-три порядка меньше; предел носителя задаёт связанная с ним анцилла, а не сам резонатор.

Ключевые источники

Λ — коэффициент подавления ошибок на один шаг кодового расстояния; QBI = DARPA Quantum Benchmarking Initiative (этап A — концепция → B — план НИОКР → C — государственная V&V); G1–G7 — классы целей отчёта (см. «Участники и экономика»).

Сущность и происхождение

Квантованная гармоническая мода механически изготовленного 3D- или планарного сверхпроводникового резонатора, возбуждаемая и считываемая дисперсионно через связанную с ней анциллу-трансмон. Работы Yale по 3D-варианту схемной КЭД сделали её носителем в 2013 году: Q > 0.5×10⁹, время жизни одиночного фотона 10 ms в алюминии D[318]. Считывание идёт через анциллу за ~1 µs, оно неразрушающее и допускает внутрисхемное применение; носитель изготавливается механически, подключается по шине и управляется микроволновым сигналом комнатной температуры.

Физика и пределы

У гармонической моды единственный доминирующий канал распада — амплитудное затухание; в этом и состоит весь аргумент в пользу бозонных кодов, поскольку кодирование можно нацелить на один известный канал вместо неструктурированного базиса Паули. Потери растут линейно с заселённостью, поэтому κ ограничивает сверху асимметрию ошибок, достижимую любым кошачьим кодированием. Предел задают поверхностные двухуровневые системы, проводимость шва и радиационные утечки (leakage): время жизни 25.6 ms, когерентность 34 ms (Weizmann, 2023) — на геометрии, которая «минимально связана с управляющим кубитом» D[319]. Именно эта формулировка и есть предел: мода, анциллу которой возбуждают сильными сигналами, наследует её дефазировку, а работающая мода Nord Quantique с кодом Готтесмана–Китаева–Прескилла (GKP) даёт T1 = 360 µs D[82]. Сдвинуть предел — значит развязать анциллу и обработать поверхности.

Достигнутый инженерный уровень

таблица

Дата	Показатель	Кто	Тег
2013	Алюминиевый 3D-резонатор, Q > 0.5×10⁹, время жизни фотона 10 ms	Yale	D[318]
2023-09	Резонаторная память: T1 25.6 ms, T2 34 ms	Weizmann Institute	D[319]
2026-08	Спаренные коаксиальные резонаторы λ/4: двухрельсовый CZ ≈500 ns, стирание (erasure) 0.5% на вентиль, ошибка Паули 0.029(6)%	Quantum Circuits	D[84]

Типичное на масштабе далеко отстоит от лучшего: 18 кошачьих мод (Helium), пять запоминающих мод (Ocelot) C[87]D[80]. Доминирующий эксплуатационный вклад — наведённая анциллой дефазировка плюс видимые для вентиля потери; стирание 0.5% на вентиль — это как раз обнаруженная часть таких потерь D[84].

Цифры Weizmann 25,6 мс и 34 мс получены одной группой и не воспроизведены независимо. «До 200× меньшие аппаратные требования» Helium — заявление компании без данных на логическом уровне C[87]. Не опубликовано: материал резонатора Weizmann (алюминий или ниобий) и добротность коаксиальных λ/4-резонаторов в двухрельсовом CZ 2026-08 [84].

Производство, материалы и цепочка поставок

Моду делают двумя путями. Механически обработанные корпуса из алюминия или ниобия, полированные и герметизированные, держат GKP-моду Nord Quantique и пары λ/4-резонаторов двухрельсовых кубитов D-Wave D[82]D[84]; такая мода занимает сантиметровый масштаб против ~100 µm у трансмона, и слабым местом является именно это соотношение, а не Q. Кристаллы кошачьих кубитов планарны: у Alice & Bob это схемы из тантала на сапфире, и память Boson 3 — четвертьволновый копланарный резонатор факт, а моды Ocelot — копланарные волноводные резонаторы на двух кристаллах, соединённых бампами D[80]. На одну моду приходится одна линия возбуждения плюс анцилла с собственными трактами возбуждения и считывания — у Alice & Bob вместо анциллы буферная мода со своими накачками Cфакт. Ни крио-КМОП, ни кристального мультиплексирования управления резонаторами не существует, поэтому число линий растёт линейно: на уровне 10³ мод стеной становятся число коаксиальных линий и объём криостата в одном рефрижераторе растворения; для 10⁴–10⁶ требуется принципиально иная сборка. Механическая обработка своя у каждого поставщика, который делает корпуса; сторонней фабрики и специфичного для резонаторов правила экспортного контроля не найдено. Концентрация сосредоточена вокруг смежных позиций: рефрижераторы Bluefors, включая импульсные трубы Cryomech факт.

Роль в стеке

Требует одного из двух путей изготовления — механически обработанных 3D-резонаторов или планарной сверхпроводниковой литографии; предоставляет моду для кошачьего и GKP-кодирования, двухрельсового стирания, вентилей через анциллу и дисперсионного считывания. Производный такт = сумма раунда синдрома: слои вентилей + транспорт + считывание + сброс: 2.8 µs на архитектуре двухрельсовых кубитов со стираниями, где четыре слоя CZ по 500 ns перекрывают проверку за ~0.4 µs D[84], и 1.44 µs на архитектуре резонаторных кошачьих кубитов и GKP, задан вентилями, против её измеренного цикла 2.8 µs D[80]. Верификация: показатели 25.6/34 ms получены одной группой и не воспроизведены D[319]; ошибка Паули двухрельсового CZ приведена после постселекции, а его Λ ≈ 27 получена моделированием, а не измерением Sфакт.

Участники и экономика

Кто.

Организация	Роль	Страна	Что именно делает с технологией	Свидетельство
Alice & Bob	разработчик	Франция	Система Helium на 18 кошачьих мод, ~40 kW, продана GENCI	C[87]
D-Wave	разработчик	США	Двухрельсовые кубиты на коаксиальных резонаторах λ/4, через Quantum Circuits	D[84]
AWS	разработчик	США	Ocelot: пять запоминающих мод, четыре анциллы, пять буферов	D[80]
Nord Quantique	разработчик	Канада	Многомодовый резонаторный GKP, T1 360 µs	D[82]
Weizmann Institute	исследования	Израиль	Держатель рекорда резонаторной памяти	D[319]

Деньги.
2026-01-20 · D-Wave · поглощение Quantum Circuits · $550 M · — · закрыто факт
2026-08-06 · D-Wave · отчёт за 2-й квартал · $9.3 M стоимость приобретения, $2.3 M унаследованных заказов · отражено в отчётности факт
2026-05-18 · Nord Quantique · капитал роста · $30 M при оценке $1.4 B · — · закрыто C[89]

Рынок и цепочка поставок. Резонаторы никто не продаёт; деньги находятся ниже по цепочке — в криостатах и усилителях. Удельная экономика не опубликована: ~40 kW у Helium на 18 мод — это показатель системы целиком C[87]. Здесь платит G3; G4 на сантиметровом масштабе не платит.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Датированного патентного семейства, специфичного для резонаторной моды, не найдено; патент Amazon US 11,748,652 B1 закрывает вышележащий слой факт.

Дорожные карты и послужной список. Alice & Bob поставила Helium в 2026-06, как и обещала, но без данных логического уровня C[87]. D-Wave обещает DR17 (2026), DR49 (2027), DR181 (2028), 10 логических (2030), 100 логических (2032) при Λ = 10 Rфакт. Оба поставляют в срок и откладывают те цифры, которые действительно важны.

Стратегическое прочтение. Если резонаторные моды останутся наиболее структурированным каналом ошибок в сверхпроводниковой аппаратуре, их поставщики меняют качество ошибок на меньшее число физических кубитов; если планарный двухрельсовый подход или кристальный GKP выйдут на те же доли стирания, сантиметровые корпуса проиграют по плотности, и ветвь сузится до нишевой памяти.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить к 2028, если работающее многомодовое устройство удержит время жизни фотона выше 1 ms; понизить оценку, если эксплуатационные времена жизни останутся около 10² µs, а планарные кубиты со стиранием сократят разрыв. В лучшем случае к 2029 г.: мультиплексированное управление, корпуса меньше сантиметра; в худшем — бессрочные демонстраторы с числом мод в пределах десятка. Открытые вопросы: какая доля эксплуатационной дефазировки обусловлена анциллой; опубликует ли кто-нибудь Q для корпусов λ/4? Следить за данными логического уровня Alice & Bob и за DR49.

Литература

[80] H. Putterman et al., “Hardware-efficient quantum error correction via concatenated bosonic qubits,” Nature, vol. 638, no. 8052, pp. 927–934, Feb. 2025, doi: 10.1038/s41586-025-08642-7. [D]
[82] S. Turcotte et al., “Quantum error correction of a grid-state qubit with state preparation and measurement errors below 10⁻³,” arXiv:2607.06718, Jul. 2026. [D]
[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]
[87] N. Coppola, “Alice & Bob Unveils First Quantum System, Helium,” Alice & Bob, Jun. 10, 2026. [Online]. Available: https://alice-bob.com/newsroom/alice-bob-unveils-first-quantum-system/ [C]
[89] Nord Quantique, “Nord Quantique Reaches $1.4 Billion USD Valuation with Latest Investment,” Business Wire, May 18, 2026. [Online]. Available: https://www.businesswire.com/news/home/20260518358351/en/Nord-Quantique-Reaches-$1.4-Billion-USD-Valuation-with-Latest-Investment [C]
[318] M. Reagor et al., “Reaching 10 ms single photon lifetimes for superconducting aluminum cavities,” arXiv:1302.4408, Feb. 2013. [D]
[319] O. Milul et al., “Superconducting Cavity Qubit with Tens of Milliseconds Single-Photon Coherence Time,” PRX Quantum, vol. 4, no. 3, Art. no. 030336, Sep. 2023, doi: 10.1103/PRXQuantum.4.030336. [D]