Статическая решётка со связью ближайших соседей

Raveh Neeman

doi:10.5281/zenodo.22674814

Статическая решётка со связью ближайших соседей cx_nn

Граф связей, зафиксированный на уровне масок, в котором каждый кубит взаимодействует только с литографическими соседями; топология по умолчанию под всяким эксплуатируемым сверхпроводниковым и спиновым процессором.

cx_nn · слой 4 Связность / транспорт · продемонстрировано · с 2014

Открыть на карте

Решётка heavy-hex (степень 2.3) или квадратная решётка (степень 3.5–3.6) с элементами связи на чипе; налог — перекрёстные помехи ZZ.

Обзор →

Ключевые источники

[284] R. Barends et al., “Superconducting quantum circuits at the surface code threshold for fau… · 2014

[476] C. Chamberland, G. Zhu, T. J. Yoder, J. B. Hertzberg, and A. W. Cross, “Topological and su… · 2019

[49] IBM, “IBM Delivers New Quantum Processors, Software, and Algorithm Breakthroughs on Path t… · 2025

[1] Google Quantum AI and Collaborators, “Quantum error correction below the surface code thre… · 2024

[36] Rigetti Computing, Inc., “Rigetti Announces General Availability of 108-Qubit System,” Apr… · 2026

Пространство проектирования — атрибуты

(a) сродство носителя: искусственный
(b) время · запутывание: —
(c) считывание: —
(d) подвижность: статическая разводка ближайших соседей
(e) управление: —
(f) структура ошибки: когерентная / калибровочная
(g) производство: литография сверхпроводниковых схем

Пространство оценки — датированные атрибуты

Nighthawk → 120 q, 218 couplers, 5,000 2Q gates/circuit

определяет: число кубитов с учётом качества · 2025-11 · источник

CZ crosstalk (fitted budget term, Willow d=7) → 5.5×10⁻⁴

определяет: канал ошибок · 2024-08 · источник

5.5×10⁻⁴ — подобранная компонента бюджета ошибок Willow, а не напрямую измеренные перекрёстные помехи. EUV — единая точка отказа только для спиновой ветви: ни одна работающая трансмонная решётка её не использует. Rigetti: медианная точность двухкубитного вентиля 99.5% при 36 q падает до 99.1% при 108 q (12 чиплетов).

Стандартные рекорды

степень связности → 3.63 · типичное

IBM Nighthawk: '120 qubits linked together with 218 next-generation tunable couplers' in a square lattice -> mean degree 2x218/120 = 3.63 · 2025-11 · источник [C] ⓘ

транспорт на раунд → 0.0 ns · типичное

Zero by construction: a static coupler lattice moves no qubits; the whole 1.1 us Willow / 921 ns Sycamore cycle is gates, measure, reset · 2023-02 · источник [G] ⓘ

Участники и цели — аннотации

Решётка трансмонов с перестраиваемыми элементами связи — IBM (Heron, Nighthawk), Google (Willow), Rigetti, IQM, OQC, USTC/Zhejiang, Fujitsu/RIKEN, QuantWare · G2 G3 G4

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

Кремниевые / германиевые спины в квантовых точках — Intel, Diraq, Quantum Motion, HRL→IBM, QuTech/Groove, Quobly, Equal1 · G4 G7

Донорные спины в кремнии — SQC · G7

Спины центров окраски — узлы сети (NV/SiV/T) — QuTech/Fujitsu, Harvard, Photonic Inc, Quantum Brilliance · G6

Топологические — тетрон (майорановские) — Microsoft · —

Рёбра

нужен для: Повёрнутый поверхностный код (+ yoked-варианты)°, Цветовой код (трансверсальные клиффордовы вентили)°

альтернативы: Дальние элементы связи на чипе (c-couplers, mm-масштаб), Перемещение спинов (конвейерный режим), Кроссбар с общими линиями (спины)

конфликтует с:

Высокоскоростные каскадные коды с трансверсальными вентилями открыт — смягчение в масштабе не показано

нужна связность «все со всеми»

цена ни одно устройство со связностью ближайших соседей не запускало код высокой скорости крупнее четырёхкубитного кода обнаружения [[4,2,2]]; на статической решётке нелокальные проверки требуют SWAP-сетей, глубина которых растёт с размахом проверки, и ошибки накапливаются вместе с ней

смягчение дальние элементы связи на чипе (IBM c-couplers, Loon 2025-11) или физический транспорт (атомы, ионы) · 2025-06

Нелокальные qLDPC-коды (bivariate bicycle, «gross») открыт — смягчение в масштабе не показано

нужна степень ≥ 6; решётки heavy-hex недостаточно без c-couplers

цена bivariate bicycle-коды требуют графа Таннера степени 6 — две дальние связи на кубит, — чего heavy-hex (степень 2–3) не даёт; без c-couplers gross-код не запускается

смягчение c-couplers (Loon), затем модуль Kookaburra; измеренные точность и длина элемента связи пока не опубликованы · 2024-03

Алгоритмическая отказоустойчивость / трансверсальные архитектуры обходится выбором другой технологии вместо одной из двух

трансверсальные перестановки требуют транспорта

цена трансверсальные вентили между логическими блоками требуют перестановок кубитов между блоками; на статической решётке это SWAP-глубина O(d) на логический вентиль, что уничтожает преимущество постоянной глубины

смягчение физический транспорт (пинцеты на АОД, перемещение ионов) — поэтому архитектура естественна для атомов/ионов · 2025-09

Объёмные сверхпроводниковые резонаторы (механическая обработка) открыт — смягчение в масштабе не показано

сантиметровые резонаторы не укладываются в плотные 2D-решётки

цена сантиметровые фрезерованные резонаторы дают ~1 моду на cm²; плотная 2D-решётка из них невозможна, поэтому 3D-бозонные кубиты останавливаются на десятках мод на модуль

смягчение миллиметровые коаксиальные λ/4 и двухштыревые резонаторы или планарные бозонные моды; плотность всё ещё на порядок ниже решёток трансмонов · 2026-07

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

Используют 97 машин (96 основная · 1 альтернатива)

сверхпроводниковые схемы 81
Academia Sinica 20-qubit superconducting quantum computer Academia Sinica пресса ▨ 🔎
Alice & Bob Boson 4 Alice & Bob пресса ▥ 🔎
Alice & Bob Graphene Alice & Bob пресса ▣ Fig. 2 (H×L lattice), Fig. 4 ([136,34,22] layout), Fig. 9; §V Chip layout ✅
Alice & Bob Helium (on-premise system) Alice & Bob whitepaper пресса ▥ Fig. 'The Helium Chip' (16 cat qubits connected in a looped line); Fig. 'Surface Code vs Cat Qubit Architecture' (1-D phase-flip correction); §Cats' Hardware Efficiency: Repetition Code and LDPC Connectivity ✅
Alice & Bob Helium 2 ("Galvanic Cat") Alice & Bob пресса ▨ 🔎
IBM Quantum System Two at Amaravati Quantum Valley Tech Park IBM with TCS and the Government of Andhra Pradesh ◌ 🔎
Anyon MonarQ Anyon Systems страница продукта пресса ▨ 🔎
AWS dual-rail transmon erasure line AWS Center for Quantum Computing (named Amazon Center for Quantum Computing in the Apr 2026 paper) статья ▣ Fig. 1a-b (coupled transmon pair + shared resonator) ✅
AWS Ocelot AWS Center for Quantum Computing ▣ Fig. 1a-b,d (5 cats + 4 ancillas, tunable couplers C_ij); §II ✅
Baihua (Quafu platform) Beijing Academy of Quantum Information Sciences статья ▣ Fig. 1c (schematic of the processor lattice) ✅
Dongling (Quafu platform) Beijing Academy of Quantum Information Sciences ▣ FIG. 11 (topological structure of superconducting chip Dongling) ✅
Haituo (Quafu platform) Beijing Academy of Quantum Information Sciences ▨ 🔎
ScQ-136 "Baiwang" Beijing Academy of Quantum Information Sciences ▤ §III.E Backends (ScQ-P136) ✅
Shenglian (BAQIS) Beijing Academy of Quantum Information Sciences статья ▣ App. B, Fig. S2 (topology graph) ✅
IBM Quantum System Two, Donostia-San Sebastian Basque Government (BasQ) - IBM-Euskadi Quantum Computational Center пресса ◌ 🔎
Quantum Spain quantum computer at BSC Barcelona Supercomputing Center (Quantum Spain; installed by Qilimanjaro-GMV) пресса ◌ 🔎
WACQT quantum computer (Chalmers 25-qubit flip-chip processor) Chalmers University of Technology (WACQT) ▤ abstract ✅
Tianyan-176 / Tianyan-176 II (and Tianyan-24 sibling) China Telecom Quantum Group + QuantumCTek статья статья статья ▤ §II Tianyan high-performance quantum cloud services 🔎
Tianyan-287 China Telecom Quantum Group / QuantumCTek / CAS статья документация документация ▣ Fig. 1b (qubit/coupler layout); Fig. 2b (74-qubit pattern; inset topology) ✅
Tianyan-504 / "Xiaohong" chip China Telecom Quantum Group + CAS + QuantumCTek статья документация документация ▨ 🔎
D-Wave gate-model dual-rail system D-Wave Quantum пресса ▨ 🔎
Surface-17 ETH Zurich (Quantum Device Lab) статья статья ▣ Fig. 1a-b ✅
IBM Quantum System One, Ehningen Fraunhofer-Gesellschaft ◌ 🔎
Fujitsu >10,000 physical / ~250 logical (STAR) Fujitsu + AIST + RIKEN пресса ▣ Fig. 2 (rotated planar surface code, d=5); §III.A ✅
Fujitsu 1,000-qubit machine Fujitsu (+ RIKEN) ссылка ▨ 🔎
Sycamore Google Quantum AI статья ▣ Fig. 1a (rectangular array, each qubit coupled to four nearest neighbours) ✅
Sycamore-class 72-qubit processor Google Quantum AI статья статья ▣ Fig. 1a (square-lattice layout); Fig. 1b (four NN CZs) ✅
Willow Google Quantum AI статья статья страница продукта ▣ Fig. 1a (square-lattice d=7 surface-code layout) ✅
IBM Quantum Condor IBM блог пресса ▨ 🔎
IBM Quantum Eagle r1-r3 IBM статья статья статья ▣ Fig. 3 (Eagle heavy-hex qubit layout); §III.5 ✅
IBM Quantum Egret IBM документация ▦ 🔎
IBM Quantum Falcon r5.11 IBM статья блог ▣ Fig. 1 (distance-3 heavy-hexagon code on 23 qubits); Fig. 4a (Falcon numbering) ✅
IBM Quantum Flamingo (l-coupler proof of concept) IBM блог ▥ Heron R2 paragraph ('156 qubits in a heavy-hex layout') ✅
IBM Quantum Heron r1 IBM статья блог пресса ▤ 🔎
IBM Quantum Heron r2 IBM статья статья пресса ▣ Fig. 1b (heavy-hexagon embedding); Fig. 5 (ibm_fez connectivity) ✅
IBM Quantum Heron r3 (ibm_pittsburgh) IBM блог пресса ▦ ✅
IBM Quantum Nighthawk r1 IBM документация блог блог ▥ Fig. ('Nighthawk's qubit plane includes 120 qubits arranged in a square lattice') ✅
IBM Quantum Nighthawk r2 IBM блог ▤ § IBM Quantum Nighthawk r2—more circuits faster ✅
IBM Quantum Osprey IBM блог пресса ▨ 🔎
IBM Quantum System Two at CSCS (Swiss Quantum Innovation Hub) IBM with ETH Zurich (CSCS) and Lockheed Martin пресса ▨ Nighthawk paragraph (four nearest neighbours in a square lattice) ✅
IQCC superconducting facility Israeli Quantum Computing Center (Quantum Machines + QuantWare + Qolab + ORCA) страница продукта страница продукта пресса ▨ 🔎
IQM Emerald (IQM Crystal 54) IQM Quantum Computers блог ▥ ✅
IQM Garnet (IQM Crystal 20) IQM Quantum Computers статья ▣ Fig. 1b (20-qubit square-lattice crystal topology); §2.1 Connectivity ✅
IQM Halocene IQM Quantum Computers пресса пресса ссылка ▣ Fig. 3 (NN directional layers, square grid); §III ✅
IQM Spark at Eldorado Research Institute IQM Quantum Computers with Instituto de Pesquisas Eldorado пресса ▦ specifications (5 qubits, 4 couplers) ✅
KRISS domestic superconducting QPU Korea Research Institute of Standards and Science пресса пресса ▨ 🔎
KRISS 50-qubit-class superconducting system Korea Research Institute of Standards and Science пресса ◌ 🔎
Advanced Quantum Testbed (AQT) Lawrence Berkeley National Laboratory ▦ ✅
Nord Quantique single-mode GKP Nord Quantique статья пресса ▣ Fig. 1a (single storage mode; no qubit–qubit coupling) ✅
Nord Quantique Tesseract Nord Quantique страница продукта пресса ▣ Fig. 1a (single storage mode, one auxiliary transmon) ✅
OQC GENESIS Oxford Quantum Circuits страница продукта страница продукта пресса ▦ 🔎
OQC Toshiko Oxford Quantum Circuits страница продукта ▣ Fig. 1D (four qubits in a square lattice, 2 mm spacing); §II ✅
Origin Wukong 102 Origin Quantum ▣ SI Fig. S1 (topology of Wukong and region used); Fig. 1 (deep-blue lines = allowed 2Q gates) ✅
Origin Wukong-180 (4th gen) Origin Quantum пресса ▣ Fig. 1b (2×4 qubit region; blue lines = processor topology / allowed 2Q gates) ✅
Origin Wukong (3rd gen) Origin Quantum статья ▣ Fig. 1 (processor topology, allowed 2Q gates, 2×4 region) ✅
Aqumen Seeker Quantum Circuits Inc. (acquired by D-Wave, Jan 2026) пресса ▣ Fig. 1a (middle SQUID transmon coupler between two dual-rail qubits) ✅
Qolab devices at the IQCC Qolab ▨ 🔎
QpiAI Indus QpiAI пресса ▨ 🔎
QpiAI Kaveri QpiAI пресса ▨ 🔎
QuantWare Contralto-A17 QuantWare пресса ▦ §Introducing Contralto-A (allows distance-3 surface code implementations) 🔎
QuantWare Tenor-D64 QuantWare страница продукта ▨ 🔎
QuantWare Bass-A10K (VIO-40K) QuantWare пресса ▨ ✅
Rigetti Ankaa-2 Rigetti Computing статья статья ▣ Fig. 1b (Ankaa-2 sublattice to readout units); Fig. 2 (hardware connectivity edges) ✅
Rigetti Ankaa-3 Rigetti Computing блог пресса пресса ▨ 🔎
Rigetti Cepheus-1-108Q Rigetti Computing блог ▨ 🔎
Rigetti Cepheus-1-36Q Rigetti Computing блог пресса ▨ 🔎
Rigetti Novera Rigetti Computing страница продукта пресса ▦ specifications (3x3 array, 12 tunable couplers) ✅
RIKEN 64-qubit superconducting processor RIKEN with AIST, NICT, Osaka University, Fujitsu, NTT пресса пресса ▥ Fig. 1 (16 basic units of 4 qubits arrayed in a square); Fig. 6 (periodic planar tiling of 4-qubit units) ✅
RIKEN-Fujitsu 256-qubit superconducting quantum computer RIKEN RQC + Fujitsu пресса пресса ▥ §Scalable 3D connection structure (4-qubit unit cells arranged in a 3D configuration) ✅
RIKEN RQC-Fujitsu 64-qubit superconducting quantum computer RIKEN RQC + Fujitsu пресса ◌ 🔎
SEEQC SFQ-controlled 5-qubit system SEEQC статья пресса ▤ Supp. §A Device Design and Fabrication (centre qubit capacitively coupled to 4 outer qubits); Fig. S1 (Experimental Diagram) ✅
SpinQ Ursa Major (25 q / 103 q) SpinQ Technology страница продукта пресса пресса ▦ spec table: Topology — 2D lattice (C25/C103); §Advantages (enhanced 2D lattice topology) ✅
SUSTech biased-erasure cavity qubit Southern University of Science and Technology статья ▤ 🔎
SUSTech four-dual-rail-qubit processor Southern University of Science and Technology (Huang et al.) статья статья ▣ §II, Fig. 1b ✅
Toshiba double-transmon coupler Toshiba + RIKEN RQC + University of Tokyo статья пресса ▣ Fig. 1b (false-color picture of the two-qubit device: Q1-Q2 joined by the DTC) ✅
Zuchongzhi 2.1 USTC / Hefei National Laboratory статья ▣ Fig. 1a (11x6 lattice, 110 couplers); Fig. 3a (topology diagram, 60 used qubits) ✅
Zuchongzhi 3.0 USTC / Hefei National Laboratory статья статья пресса ▣ Fig. 1b (qubit/coupler topology) ✅
Zuchongzhi 3.2 USTC / Hefei National Laboratory ▣ Fig. 1b (d=3 patches mapped onto qubit lattice) ✅
VTT Q50 VTT Technical Research Centre of Finland страница продукта ▨ VTT Q50 section ✅
Zhuangzi 2.0 (Chuang-tzu 2.0) CAS / Peking University статья статья пресса ▣ Fig. 1a (6-by-13 square lattice, 78 qubits, 137 couplers) ✅
Zhejiang University 125-qubit surface-code processor Zhejiang University + Graduate School of China Academy of Engineering Physics (Beijing) статья ▣ Fig. 1a (connectivity), Fig. 1b (patches on square grid) ✅
полупроводниковые спины 10
Diraq 8-qubit silicon spin quantum computer at Equinix Sydney Diraq (with Equinix) ◌ 🔎
foundry 8-qubit array Diraq статья пресса ▣ Fig. 1a (linear 8-dot array schematic); §II.1 Device ✅
RacQ (Bell-1) Equal1 страница продукта блог блог ◌ 🔎
Groove Quantum 18-qubit germanium spin processor Groove Quantum пресса ▨ 🔎
Hitachi x Intel 18A spin programme Hitachi + Intel K.K. + AIST (G-QuAT) пресса пресса ▨ 🔎
HRL exchange-only silicon spin processor (18 EO qubits from 54 quantum dots) HRL Laboratories (IBM since 26 Aug 2026) статья пресса ▣ Fig. 1c ✅
Tunnel Falls Intel статья пресса пресса ▨ 🔎
QM-One Quantum Motion ▨ ✅
Alloy Pioneer (Quobly) Quobly пресса ▨ 🔎
11-qubit donor processor Silicon Quantum Computing статья пресса ▣ Fig. 1a (connectivity of n1–n9 and e1–e2 via hyperfine and exchange coupling); Fig. 3 (local vs non-local Bell states) ✅
спины дефектов 4
Quoll / QB-QDK 2.0 Quantum Brilliance пресса ▨ 🔎
QC2026 Dual Core SaxonQ пресса ◌ 🔎
SXQ4 SaxonQ страница продукта ◌ 🔎
Entanglement First modules Photonic Inc. статья страница продукта страница продукта ▦ 🔎 (альтернатива)
топологические 2
Majorana 1 Microsoft статья пресса ▣ Fig. 6 (gate schematic of 4×2 tetron array, columns joined by double-rail quantum dots); Fig. 4 🔎
Majorana 2 Microsoft блог блог пресса ▥ 🔎

↗ 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. 9 — Figure 9: Images of the 64-qubit device. (a) Photograph of the 64-qubit chip. The unit cell containing the measured qubit is highlighted. (b) False-… — Two optical images: (a) a photograph of a whole 64-qubit superconducting chip (5 mm scale bar) tiled with sixteen four-qubit unit cells over a regular grid of dark circular features; (b) a false-coloured close-up (1 mm scale bar) of one unit cell with readout resonators, filter resonators, qubits, qubit–qubit couplers and, at its centre, a through-silicon via connecting to the readout feedline. It is Figure 9 of arXiv 2608.25484 by Spring, Hesse, Wang, Tamate and Nakamura. It shows out-of-plane wiring in practice: signals reach the middle of a large qubit array through the substrate instead of from the chip edge. “Fig. 9 — Figure 9: Images of the 64-qubit device. (a) Photograph of the 64-qubit chip. The unit cell containing the measured qubit is highlighted. (b) False-colored…” by Peter A. Spring, Adrian L. Hesse, Shiyu Wang, Shuhei Tamate, Yasunobu Nakamura, arxiv.org/abs/2608.25484, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 3 — NL-based benchmarking using LR-QAOA for WMC problems; (a) QPU layouts used in each experiment — Three-panel paper figure made of drawings and data plots, from an arXiv paper by J. A. Montanez-Barrera, Kristel Michielsen and David E. Bernal Neira (2025-05-28) on benchmarking processors with linear-ramp QAOA. Panel (a) draws the qubit coupling graphs of 5-, 20-, 127-, 133- and 156-qubit processors, including IBM Heron devices; panels (b) and (c) plot approximation ratio against the number of QAOA layers. Notice the fixed nearest-neighbour lattices: the sparse heavy-hex patterns versus the denser square lattice limit which qubits can interact directly. “Fig. 3 — NL-based benchmarking using LR-QAOA for WMC problems; (a) QPU layouts used in each…” by J. A. Montanez-Barrera, Kristel Michielsen, David E. Bernal Neira, arxiv.org/abs/2502.06471, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 5 — Figure 5: Localization measures in a 2D transmon array. a) Sketch of the low-frequency sector of the device spectrum, which is structured in bands.… — A three-panel theory figure, drawn and plotted rather than photographed: a sketch of the energy bands of a 2D transmon array, a plot of eigenstate localization versus distance, and two 5x5 lattice heat maps of alternating qubit and coupler tiles. It is Figure 5 of "Multi-Target Density Matrix Renormalization Group X algorithm and its application to circuit quantum electrodynamics" by Sofía González-García, Aaron Szasz and co-authors (arXiv). It concerns static nearest-neighbour superconducting lattices; notice the qubit eigenstate stays local while the coupler eigenstate spreads to distant couplers. “Fig. 5 — Figure 5: Localization measures in a 2D transmon array. a) Sketch of the low-frequency sector of the device spectrum, which is structured in bands. The first…” by Sofía González-García, Aaron Szasz, Alice Pagano, Dvir Kafri, Guifré Vidal, Agustin Di Paolo, arxiv.org/abs/2506.24109, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

cx_nn · слой 4 Связность / транспорт · центральность 13.4 · продемонстрировано · с 2014 · обновлено 2026-09-30

Статическая решётка со связью ближайших соседей

Граф связей, зафиксированный на уровне масок, в котором каждый кубит взаимодействует только с литографическими соседями; топология по умолчанию под всяким эксплуатируемым сверхпроводниковым и спиновым процессором.

Вердикт. Не проектное решение, а осадок планарной литографии. Геометрия ограничивает коды семейством поверхностных и цветовых, а всякий заявленный выход за эти рамки — дорожная карта, а не аппаратура.

Ключевые источники

Λ = коэффициент подавления ошибки на шаг кодового расстояния; QBI = DARPA Quantum Benchmarking Initiative (стадия A — концепция → B — план НИОКР → C — государственная верификация и валидация); G1–G7 = классы целей настоящего отчёта (см. «Участники и экономика»).

Сущность и происхождение

Примитив связности, а не тип кубита: граф взаимодействий заморожен на уровне масок, каждый узел связан только с литографическими соседями, поскольку ёмкостная/индуктивная и обменная связи спадают на масштабах микрон и нанометров. Опорная точка — Barends et al. (Google/UCSB, 2014-02): пять Xmon-кубитов в линейном массиве ближайших соседей, точность (fidelity) двухкубитных вентилей до 99.4%, на пороге поверхностного кода D[284]. Heavy-hex у IBM появилась в 2019 году как конструкция кода — гибрид поверхностного кода и кода Bacon–Shor с флаговыми кубитами, снижающий частотные коллизии у кубитов с фиксированной частотой «на несколько порядков» ценой координационного числа S[476]; флагманская линия с тех пор вернулась к квадратной решётке C[49].
Атрибуты: полностью фабрикуемая природа; ни собственной постоянной времени, ни собственного считывания или управления — это топология, а не устройство; статическая, литографическая, когерентная ошибка: «heavy-hex (степень 2.3) или квадратная решётка (степень 3.5–3.6) с элементами связи на кристалле; перекрёстные ZZ-помехи (crosstalk) — это налог» (запись графа).

Физика и пределы

Ограничение снизу здесь задаётся не когерентностью. Постоянно включённая связь оставляет остаточное ZZ-взаимодействие; перестраиваемые элементы связи обнуляют статическую часть, но добавляют потоковую линию, канал утечки (leakage) и чувствительность к потоковому шуму S[476]. В единственном опубликованном полном бюджете ошибок на кодовом масштабе — запуск Google с d=7 на Willow — вклад CZ-наводок составляет 5.5×10⁻⁴ D[1]. Связывающее ограничение геометрическое: стабилизаторный код с 2D-локальными проверками подчиняется границе Bravyi–Poulin–Terhal kd² ≲ n, поэтому данная топология вмещает только семейство поверхностных и цветовых кодов при порядка 2d² физических кубитов на один логический — эту скорость кодирования не поднять никаким улучшением самого кубита. Второй налог — маршрутизация: произвольное взаимодействие на графе степени 2.3–3.6 стоит SWAP-глубины, растущей с диаметром решётки. Сдвинуть эту границу может только отказ от 2D-локальности.

Для цифрового моделирования не зависящих от времени решёточных гамильтонианов с конечным радиусом взаимодействия в фиксированной размерности связность ближайших соседей почти оптимальна: схема на ближайших соседях достигает глубины O(T log(nT/ε)) при O(nT log(nT/ε)) вентилях и O(n) анцилл, где n — число кубитов, T — время эволюции, ε — ошибка, против безусловной нижней границы глубины Ω(log n / log log n) для однородной XXZ-динамики при фиксированном времени P[894]. Подсчёт предполагает точные однокубитные повороты; синтез в конечном наборе вентилей добавляет полилогарифмический множитель.

Достигнутый инженерный уровень

Лучшее из продемонстрированного — изолированная пара: CZ на перестраиваемом по потоку элементе связи у IQM с точностью 99.93% на протяжении 40 часов, при 99.98% для однокубитных вентилей и >99.94% для одновременного считывания на том же устройстве D[38]. Типичное значение на масштабе — ошибка на слоёный вентиль по парку машин IBM: 3.7×10⁻³ типично и 1.9×10⁻³ в лучшем случае (июль 2026 г.), измеренная на полной ширине D[33]. Разрыв примерно в 5× между охарактеризованной парой и слоем полной ширины и есть налог решётки; внутри него доминирует двухкубитный вентиль — около 40% бюджета цветового кода у Google D[41]. Фабричные спиновые массивы отстают на поколение: точность двухкубитных вентилей 99.04–99.56% D[189].

таблица

Год	Показатель	Кто	Тег+ключ
2014-02	Линейный массив из пяти кубитов, точность двухкубитных вентилей до 99.4%	Google/UCSB	D[284]
2024-12	Поверхностный код d=7, 105 кубитов, Λ=2.14; перекрёстные помехи CZ 5.5×10⁻⁴	Google Quantum AI	D[1]
2025-11	Nighthawk: 120 кубитов, 218 элементов связи, 5 000 двухкубитных вентилей на схему	IBM	C[49]
2026-04	Двенадцать чиплетов, сведённых в 108 кубитов, медианная точность двухкубитных вентилей 99.1% (99.5% при 36 кубитах)	Rigetti	C[36]

Производство, материалы и цепочка поставок

Сверхпроводниковые решётки — это плёнки Nb/Al с переходами, формируемые DUV-литографией или электронным лучом; EUV не требуется, и ни одна эксплуатируемая трансмонная решётка её не использует — IBM работает на 300 mm в Albany, Google — на собственной линии. Массивы спиновых квантовых точек изначально фабричные и зависят от EUV: Intel на 300 mm, >24 000 приборов на пластину D[199] и 96% выхода годных по настройке на 232 приборах одной пластины D[766]; GlobalFoundries 22FDX для Quantum Motion; STMicroelectronics FD-SOI для Quobly Cфакт. Эту ветвь ограничивает однородность, а не пиковая точность: у восьмикубитного прибора imec подтверждённый двухкубитный вентиль был получен на одной паре из четырёх D[197]. Экспортный контроль привязан к машине, а не к топологии (ECCN 4A906, 3A904, 3A901.a) G[301].

Управление, считывание и нагрузка на ввод-вывод

Решётка не даёт экономии на разводке. Nighthawk несёт 218 перестраиваемых элементов связи на 120 кубитов: именно число элементов связи — примерно 1.8 потоковой линии на кубит сверх линий возбуждения и считывания — задаёт жгут C[49]. На 10³ жгут реализуем; на 10⁴ он упирается в площадь криостата и тепловую нагрузку, под которые и рассчитаны 0.53 m² площади разводки и 2.75 m³ вакуумного объёма на модульную ячейку у IBM C[50]; на 10⁶ ничто при комнатной температуре не сходится. Оба смягчающих решения находятся далеко ниже масштаба решётки: милликельвиновое управление SEEQC на быстрой одноквантовой логике (БОК), интегрированное с кубитами по технологии flip-chip, с точностью однокубитных вентилей до 99.9% D[304], и крио-КМОП-секвенсор HRL при 4 K, обслуживающий 18 кубитов вообще без электроники реального времени при комнатной температуре D[190].

Роль в стеке

Она лежит в основе архитектуры трансмонов (IBM, Google, Rigetti, IQM, Fujitsu), бозонной и двухрельсовой сверхпроводниковых архитектур, архитектуры кремниевых и германиевых спинов в квантовых точках (Intel, Diraq, Quantum Motion, HRL→IBM), архитектуры донорных спинов в кремнии, узлов на спинах дефектов и топологической архитектуры на майорановских тетронах. Она обеспечивает 2D-локальные проверки, которые нужны повёрнутому поверхностному и цветовому кодам, и является альтернативой дальнодействующим элементам связи на кристалле, перемещаемым спинам и кроссбарам с общими линиями; переход стоит переработки масок. Она конфликтует с qLDPC-кодами степени ≥6, высокоскоростными кодами со связностью «все со всеми», схемами трансверсальных перестановок и 3D-резонаторами сантиметрового масштаба. Не имея шага транспорта, она добавляет ноль к транспортному члену производного такта (= сумма раунда синдрома: слои вентилей + транспорт + считывание + сброс); её стоимость прячется в вентильном члене в виде SWAP-глубины. Соседний пустой слот — статическая решётка степени ≥6 с точностью на уровне решётки степени 3.5.

Свидетельства — как измерены числа

Цифры по перекрёстным помехам и элементам связи получены рандомизированным или кросс-энтропийным бенчмаркингом на парах либо малых подмножествах. Величина CZ-наводок 5.5×10⁻⁴ — подгоночная компонента общедевайсного бюджета ошибок Google, а не независимое измерение; ни один вендор не публикует одновременные перекрёстные помехи для полной решётки. Ошибка на слоёный вентиль — единственная метрика полной ширины, применяемая на парке машин, и сообщает её только IBM, поэтому межвендорное сравнение налога решётки сегодня невозможно. Падение медианы с 99.5% до 99.1% при переходе Rigetti от 36 к 108 кубитам мозаичной сборкой не объяснено C[36].

Число патентов по PatSnap взято из вторичных источников.

Участники и экономика

Кто.
| Организация | Роль | Страна | Что именно делает с технологией | Свидетельство |
|---|---|---|---|---|
| IBM | Разработчик | США | Сначала heavy-hex, затем квадратные решётки; Nighthawk на 120 кубитов | C[49] |
| Google | Разработчик | США | Квадратные решётки; код d=7 на 105 кубитах | D[1] |
| Rigetti | Разработчик | США | Сводит чиплеты в 108 кубитов | C[36] |
| IQM | Разработчик | Финляндия | Линия трансмонов; CZ на изолированной паре 99.93% | D[38] |
| GlobalFoundries | Поставщик | США | Пластины со спиновыми квантовыми точками на 22FDX | Cфакт |

Деньги.

2026-05-21 · US Dept of Commerce · письма о намерениях по CHIPS, девять компаний (IBM/Anderon $1 B, GlobalFoundries $375 M, Diraq ≤$38 M) · $2.013 B · LOI, необязывающие факт
2026-06-02 · IBM · пятилетнее обязательство по квантовому направлению · >$10 B · объявлено Cфакт
2026-07-02 · IQM · листинг на Nasdaq/Helsinki · денежные средства €337 M pro-forma · закрыт Cфакт
2026-08 · Rigetti · результаты Q2 2026 г. · выручка $5.1 M, денежные средства $541.3 M · отчёт Cфакт

Рынок и цепочка поставок. Трансмонные решётки потребляют DUV- и электронно-лучевое оборудование, установки flip-chip-монтажа, TWPA-усилители и стойки управления; спиновые решётки потребляют EUV от ASML внутри Intel, GlobalFoundries и STMicroelectronics — единая точка отказа, которой у сверхпроводниковой ветви нет. За решётку платят G1–G3; G4 — цель, которой она сама по себе достичь не может.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Интеллектуальная собственность сосредоточена на уровне элемента связи: IBM US 11,727,297 B2 (выдан 2023-08-15) заявляет второй канал связи с противоположным знаком, компенсирующий когерентную ошибку Pфакт. Совокупные квантовые патентные семейства в обзоре PatSnap, опубликованном 2026-06-30: IBM 4 388, Google 2 385 P[312]. Стандарта на топологию не существует.

Дорожные карты и послужной список. IBM Nighthawk (обещан 2025-06-10, на 2025 год, поставлен 2025-12) Cфакт; Kookaburra, первый шаг в сторону от чистой связности ближайших соседей (обещан 2022-05-10 на 2025 год, переопределён на 2026 год, не поставлен по состоянию на 2026-09-04) Rфакт; медиана 99.5% при 108 кубитах у Rigetti (обещана на конец 2025 года, сдвинута на «более поздний 2026 год», не достигнута) Rфакт. Базовую решётку IBM поставляет в срок и промахивается по всем датам за её пределами.

Стратегическое прочтение. Если эта топология останется единственной изготовимой, выигрывают владельцы 2D-локального декодирования и выхода годных — IBM и Google в сверхпроводниках, КМОП-фабрики в спинах, — а проигрывают стартапы высокоскоростных кодов, поставившие на связность, которую никто не умеет изготавливать. Если степень связности вырастет, рычаг смещается к ИС на элементы связи и корпусирование — именно это покупают патенты IBM на элементы связи и приобретение HRL.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить или понизить в статусе в течение 12–24 месяцев: поставит ли Kookaburra qLDPC-память на оборудовании с элементами связи c-coupler или сдвинется снова; достигнет ли Rigetti медианы 99.5% при 108 кубитах; опубликует ли хоть один вендор значение одновременных наводок для полной решётки. В лучшем случае к 2029 году: маршрутизация на кристалле со степенью 6 выходит без потери точности, и планарная решётка несёт высокоскоростную память. В худшем случае: координационное число остаётся вблизи 3.5, а масштаб покупается накладными расходами 2d². Открыто: является ли разрыв между парой и полной шириной внутренне присущим.

Литература

[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]
[33] IBM, “IBM Quantum Computing — Hardware and roadmap.” [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/hardware [D]
[36] Rigetti Computing, Inc., “Rigetti Announces General Availability of 108-Qubit System,” Apr. 7, 2026. [Online]. Available: https://investors.rigetti.com/news-releases/news-release-details/rigetti-announces-general-availability-108-qubit-system [C]
[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]
[41] N. Lacroix et al., “Scaling and logic in the color code on a superconducting quantum processor,” Nature, vol. 645, no. 8081, pp. 614–619, May 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09061-4. arXiv:2412.14256. [D]
[49] IBM, “IBM Delivers New Quantum Processors, Software, and Algorithm Breakthroughs on Path to Advantage and Fault Tolerance,” Nov. 12, 2025. [Online]. Available: https://newsroom.ibm.com/2025-11-12-ibm-delivers-new-quantum-processors,-software,-and-algorithm-breakthroughs-on-path-to-advantage-and-fault-tolerance [C]
[50] C. Dundon, S. Hall, M. Hollister, and A. Lindler, “IBM's new modular architecture for cryogenic systems,” IBM Quantum Computing Blog, Aug. 19, 2026. [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/blog/modular-cryogenics [C]
[189] P. Steinacker et al., “Industry-compatible silicon spin-qubit unit cells exceeding 99% fidelity,” Nature, vol. 646, no. 8083, pp. 81–87, Sep. 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09531-9. [D]
[190] Members of the HRL Quantum Team and Collaborators, “A digitally controlled silicon quantum processing unit,” arXiv:2604.16216, Apr. 2026. [D]
[197] A. Nickl et al., “Eight-qubit operation of a 300 mm SiMOS foundry-fabricated device,” Nat. Commun., vol. 17, no. 1, Art. no. 5878, Jul. 2026, doi: 10.1038/s41467-026-74597-6. [D]
[199] H. C. George et al., “12-spin-qubit arrays fabricated on a 300 mm semiconductor manufacturing line,” Nano Lett., vol. 25, no. 2, pp. 793–799, Dec. 2024, doi: 10.1021/acs.nanolett.4c05205. arXiv:2410.16583. [D]
[284] R. Barends et al., “Superconducting quantum circuits at the surface code threshold for fault tolerance,” Nature, vol. 508, no. 7497, pp. 500–503, Apr. 2014, doi: 10.1038/nature13171. arXiv:1402.4848. [D]
[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]
[304] C. Jordan et al., “A quantum computer controlled by superconducting digital electronics at millikelvin temperature,” Nat. Electron., vol. 9, no. 3, pp. 287–294, Mar. 2026, doi: 10.1038/s41928-026-01576-6. [D]
[312] PatSnap, “Quantum Computing Patent Landscape 2026,” Jun. 30, 2026. [Online]. Available: https://www.patsnap.com/resources/blog/rd-blog/quantum-computing-patent-landscape/ [P]
[476] C. Chamberland, G. Zhu, T. J. Yoder, J. B. Hertzberg, and A. W. Cross, “Topological and subsystem codes on low-degree graphs with flag qubits,” arXiv:1907.09528, Jul. 2019. [S]
[766] S. F. Neyens et al., “Probing single electrons across 300-mm spin qubit wafers,” Nature, vol. 629, no. 8010, pp. 80–85, May 2024, doi: 10.1038/s41586-024-07275-6. [D]
[894] Z. Shen, Y. Wu, P. Yao, X. Yuan, and Y. Zhang, “Toward optimal circuit depth for geometrically local Hamiltonian simulation,” arXiv:2610.01839, Oct. 2026. [P]