Электрическое управление в основной полосе частот (спины, майораны) ct_base

Управление в основной полосе частот воздействует на кубит импульсами напряжения от постоянного тока до единиц GHz, подаваемыми на литографические затворы, а не резонансной накачкой: импульс сдвигает электростатический потенциал, а вместе с ним — обменную связь между точками или туннельную связь майорановского перехода. Разрешение на такой подход старое и точное: DiVincenzo, Bacon, Kempe, Burkard и Whaley показали в 2000 г., что одного гейзенберговского взаимодействия достаточно для универсальных вычислений — ценой примерно 3× по числу кубитов и ~10× по числу двухкубитных операций S[416]. Каждая последующая архитектура «только обмен» платит этот счёт ради устранения СВЧ-аппаратуры.

• Управление и размещение: низкочастотные импульсы напряжения формируются в тепле и разводятся к затворам при милликельвинах.
• Структура ошибки: когерентная и коррелированная, а не стохастическая — код видит именно расстройку калибровки.

Обменная связь J экспоненциально зависит от расстройки и высоты барьера, поэтому угол поворота есть интеграл J по времени, и небольшая ошибка напряжения даёт пропорционально большую ошибку угла. Селективности по частоте накачки здесь нет: фликкер-шум заряда 1/f модулирует тот же самый потенциал, который несёт сигнал, а перекрёстные помехи от соседнего затвора неотличимы от намеренного импульса. Отсюда и самое полезное число в этой области: HRL измеряет ~80% своей ошибки CNOT как внешнюю — лежащую в управлении и калибровке, а не в кубите Dфакт. Предел задают точность формы сигнала и частота перекалибровки, а не T₂: приборы, изготовленные на фабрике, дают эхо-когерентность 1.31(4) ms Dфакт против обменных вентилей длительностью 58 ns Dфакт. Сдвинуть предел означает укоротить электрический путь — контроллер на холодной ступени, в идеале на том же кристалле, — и добавить автоматизированную перекалибровку.

Доминирующий член: внешние управление и калибровка, ~80% бюджета CNOT.

Управление в основной полосе частот может обойтись без импульсов на барьере каждой пары: в германиевом массиве 6×6 дырочных квантовых точек одного общего барьерного затвора при фиксированном напряжении и импульсов только на индивидуальных плунжерных затворах хватило для возбуждения электродипольным спиновым резонансом (EDSR), перемещения спинов и перестройки обмена примерно от 20 kHz до примерно 80 MHz P[898].

Узел едет на обычной КМОП: линия Intel 300 mm с EUV даёт более 24 000 приборов на пластину D[199] при 96% выхода по успешной настройке на 232 приборах одной пластины D[766], а Quantum Motion характеризует 1 024 квантовые точки за пять минут на GlobalFoundries 22FDX C[200]. В этом одновременно и актив, и уязвимость: у каждого разработчика единственный источник — одна фабрика, которой он не владеет: Quobly — STMicroelectronics, Quantum Motion — GlobalFoundries, Diraq — imec, — так что решение на стороне фабрики становится режимом отказа уровня всей компании. Формирование импульсов при комнатной температуре не контролируется, но контроллер, «спроектированный для работы при» ≤4.5 K, подпадает под ECCN 3A901.a начиная уже с файла проекта факт: холодная интеграция импортирует вместе с собой экспортный контроль.

Управление в основной полосе стоит примерно одной линии на затвор при двух-четырёх затворах на точку, поэтому наивный массив на 10³ кубитов требует 10³–10⁴ адресуемых линий от комнатной температуры. Контрпример HRL — то число, которое стоит держать в голове: 296 линий и 366 ЦАП при ≤3.5 W на 54 точки, с секвенсором 250 MHz на кристалле и без какой-либо электроники реального времени при комнатной температуре Dфакт — то есть ~20 ЦАП на кубит: холодное мультиплексирование, а не устранение проводов. При 10³ жгут непрактичен без холодных ЦАП; при 10⁴ число ЦАП на кубит должно упасть на порядок; при 10⁶ не существует ничего. Связывающее ограничение — частота перекалибровки.

Управление в основной полосе ничего не требует выше по стеку, напрямую даёт обменный вентиль и достаёт до четырёх архитектур: спины в квантовых точках (Intel, Diraq, Quantum Motion, HRL/IBM, QuTech, Quobly, Equal1), донорные спины (Silicon Quantum Computing), узлы сети на спинах центров окраски и майорановские устройства, где напряжения на затворах настраивают те точки, которые сообщают чётность. Оно конкурирует со СВЧ- и электродипольным спиновым резонансом, который покупает частотную селективность ценой антенн и нагрева. Вклад в такт пренебрежимо мал: обменные вентили идут за ~58 ns Dфакт против считывания за 6.3 µs, поэтому производный такт = сумма раунда синдрома: слои вентилей + транспорт + считывание + сброс здесь ≈ 8.5 µs и задаётся считыванием, за которым идёт сброс.

Точности получены из randomised benchmarking и томографии набора вентилей, причём ключевое число QuTech — это нижняя граница, а не точечная оценка Dфакт. Наибольшего внимания заслуживает доля внешних ошибок в 80%: она выведена из измеренной ошибки в сопоставлении с модельным бюджетом шума, а не разделена независимо, и не воспроизведена. Ни одно спиновое устройство свыше 12 кубитов не опубликовало двухкубитные точности по всем парам, поэтому перекрёстные помехи при одновременных операциях — собственный режим отказа этого узла — на масштабе не охарактеризованы. Λ₅/₃ = 4.7 у HRL получено на коде повторения, только по битовым переворотам, и свидетельством работы ниже порога не является, а её точность 0.95 на [[4,2,2]] получена с постселекцией Dфакт. На майорановской стороне управление работает, но кубита не существует: считывание чётности реально, времена жизни X-петли оказались примерно в 1 000× короче, чем у Z-петли, двухкубитных операций нет D[13].

Не опубликовано: датированное число патентных семейств по управлению затворными напряжениями в основной полосе.

Кто.
| Организация | Роль | Страна | Что именно делает | Свидетельство |
|---|---|---|---|---|
| HRL Laboratories | Разработчик | США | Единственная демонстрация QEC в основной полосе с собственным секвенированием; приобретена IBM | Dфакт |
| Diraq | Разработчик | Австралия | Обменные кубиты SiMOS на линии imec 300 mm | Dфакт |
| Quantum Motion | Разработчик | Великобритания | Полностековая система на 300 mm КМОП в британском NQCC | Cфакт |
| QuTech | Исследования | Нидерланды | Управление перескоками без СВЧ, двумерный массив | Dфакт |
| Microsoft | Разработчик | США | Измерение чётности в тетронах с настройкой напряжениями на затворах | D[13] |

Деньги. 2025-11-06 · Diraq, Quantum Motion, Silicon Quantum Computing · DARPA QBI Stage B · до $15 M USD каждому · программа факт. 2026-05-07 · Quantum Motion · раунд серии C · $160 M USD · DCVC, Kembara · закрыто Cфакт. 2026-05-21 · Diraq · письмо о намерениях по CHIPS · до $38 M USD · Министерство торговли США · необязывающее факт. 2026-06-03 · Quobly · раунд серии A · €115 M · Bpifrance, SEALSQ, STMicro · €134 M накопительно · закрыто Cфакт. 2026-07-23 · IBM · приобретает HRL · условия не раскрыты · сделка закрыта 2026-08-26 Cфактфакт.

Рынок и цепочка поставок. Как «управление в основной полосе» не продаётся ничего; продаются мощности фабрик, обогащённый ²⁸Si и тёплые стойки формирователей сигналов, на рынке которых доминирует Quantum Machines, имея в заказчиках более половины разработчиков Cфакт. Холодная интеграция угрожает этому стоечному бизнесу — и именно поэтому IBM купила HRL. Цифра Diraq «менее $1 на кубит» — это цель, а не себестоимость. Узел обслуживает G3 и G4 на спиновой архитектуре и G4 на майорановской, если там появится кубит.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Патентного семейства, специфичного для управления напряжениями на затворах в основной полосе, в поименованной датированной базе по состоянию на 4 сентября 2026 г. не найдено. Основополагающее утверждение об архитектуре «только обмен» — это публикация 2000 г., давно вышедшая за срок патентной охраны S[416], чем отчасти и объясняется теснота в этом слое. Сделка IBM по HRL заводит внутрь компании нераскрытую ИС по контроллерам. Сегодня ни один орган по стандартизации не регулирует интерфейсы импульсов на затворах.

Дорожные карты и послужной список. Diraq (2026-08-27 · 150 k физических, 1 k логических к 2029 г., > 2 M к 2031 г. · в её же релизе от 2026-07-09 говорилось «тысячи к 2029») — слабо по коммуникации, реально по приборам факт. Quantum Motion (поставка полного стека · выполнено, NQCC 2025-09-15) — единственная выдержанная здесь аппаратная дата. HRL/IBM (публичной даты не объявлялось · QPU поставлен 2026-07-29) — сильнейший результат в узле. Microsoft («годы, а не десятилетия» → 2029 · двухкубитных операций нет) — базы нет.

Стратегическое прочтение. Если управление в основной полосе масштабируется, платформы, родные для фабрик, бесплатно наследуют десятилетия инвестиций в КМОП, тогда как платформы с экзотическим управлением вечно финансируют собственное железо — именно этот довод IBM высказала покупкой HRL. Проигрывают поставщики управляющих стоек комнатной температуры: их вытесняют изнутри криостата, а не переигрывают по цене. Живой вопрос замещения — тёплое размещение против холодного, а не основная полоса против СВЧ-накачки. Переговорная сила у фабрик: каждый перечисленный выше разработчик зависит от отношений, которые он не может заменить в пределах одного продуктового цикла.

Подтвердить к 2027 г., если какой-либо разработчик опубликует двухкубитные точности по всем парам при числе кубитов свыше 12 либо если независимая группа воспроизведёт разделение на внешнюю и внутреннюю ошибку; понизить, если перекрёстные помехи удержат массивы на ≤20 кубитах вплоть до 2028 г. В лучшем случае к 2029 г.: холодное управление с собственным секвенированием становится нормой, а двухкубитные ошибки уходят от 3×10⁻³ к 10⁻⁴. В худшем случае: накладные расходы на калибровку обгоняют рост числа кубитов, и аргумент в пользу КМОП застревает на демонстрационном масштабе. Открытые вопросы: переживёт ли цифра в 80% независимое измерение; может ли число ЦАП на кубит упасть на порядок; поспевает ли перекалибровка за размером массива; получит ли майорановское управление когда-нибудь кубит.