← Quantum Technology AtlasТехнологии · Машины · Архитектуры · ОрганизацииEnglishעברית

«Голый» физический кубит (без кодирования) enc_bare

Подпространство {|0⟩,|1⟩} слабо ангармонического джозефсоновского осциллятора, используемое непосредственно как кубит, без надстройки в виде бозонной структуры, стирания (erasure) или асимметрии ошибок.

«Голый» физический кубит (без кодирования)

enc_bare · слой 2 Кодирование · продемонстрировано · с 2007

Вычислительное подпространство ангармонического осциллятора; цена — утечка в |2⟩.

Обзор →

Ключевые источники

[1] Google Quantum AI and Collaborators, “Quantum error correction below the surface code thre… · 2024
[3] T. He et al., “Experimental Quantum Error Correction below the Surface Code Threshold via … · 2025
[2] V. Sivak et al., “Reinforcement learning control of quantum error correction,” Nature, vol… · 2026
[38] F. Marxer et al., “Above 99.9% Fidelity Single-Qubit Gates, Two-Qubit Gates, and Readout i… · 2026
[34] IBM Quantum, “What's new at IBM Quantum - Q2 2026.” [Online]. Available: https://www.ibm.c…

Пространство проектирования — атрибуты

(a) сродство носителя
искусственный
(b) время · запутывание
—
(c) считывание
—
(d) подвижность
—
(e) управление
—
(f) структура ошибки
утечка
(g) производство
—

Пространство оценки — датированные атрибуты

leakage suppression → 72× (all-microwave reset), residual 6.4×10⁻⁴ after 40 cycles
определяет: канал ошибок · 2025-12 · источник

Подавление утечки USTC — PRL 135, 260601 (2025-12-22), Λ = 1.40(6) при d=7; в статье процессор «Zuchongzhi 3.2» не назван.

Участники и цели — аннотации

Рёбра

нужно: Трансмон°, Флаксониум°
альтернативы: Двухрельсовое кодирование (со стираниями), Кошачье кодирование (смещённый шум)
° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Используют 78 машин (78 основная · 0 альтернатива)

↗ 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: (a) Simplified energy diagram of a transmon (red). The black dashed curve is the parabolic potential of a harmonic oscillator. (b) Schemat…
A four-panel figure, mostly drawings and data: a transmon energy diagram, current-phase curves for three junction types, a circuit schematic with a false-colour electron-micrograph inset of a nanowire junction (200 nm scale bar), and spectroscopy. It comes from the arXiv paper "Tunable anharmonicity in Sn-InAs nanowire transmons beyond the short junction limit" by Amrita Purkayastha and co-authors. It illustrates a transmon whose junction is a gate-tuned semiconductor nanowire; notice the anharmonicity — the unequal level spacing that lets the two lowest levels act as a qubit. “Fig. 1 — Figure 1: (a) Simplified energy diagram of a transmon (red). The black dashed curve is the parabolic potential of a harmonic oscillator. (b) Schematic…” by Amrita Purkayastha et al., arxiv.org/abs/2603.26895, 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/)
File:VdW qubit.png
A drawn schematic, not a built device: two atomic layers drawn as honeycomb lattices form a stack with a gate electrode V_G, two end contacts labelled A and B, and a green Bloch sphere showing a qubit state. It was posted on Wikimedia Commons by Brunolucatto on 2019-04-27 as a possible physical implementation of a van der Waals qubit. Per its caption, the gate field changes the state of a conduction-band electron in the layers; notice the equation writing that state as a superposition of A and B. “VdW qubit” by Brunolucatto, commons.wikimedia.org/wiki/File:VdW_qubit.png, CC BY SA 4.0 (creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)
enc_bare · слой 2 Кодирование · центральность 4.2 · продемонстрировано · с 2007 · обновлено 2026-09-04

«Голый» физический кубит (без кодирования)

Подпространство {|0⟩,|1⟩} слабо ангармонического джозефсоновского осциллятора, используемое непосредственно как кубит, без надстройки в виде бозонной структуры, стирания (erasure) или асимметрии ошибок.

Вердикт. Выбор по умолчанию у всех магистральных поставщиков сверхпроводниковых кубитов по состоянию на 2026-09-04; его структурная цена — утечка (leakage) плюс симметричная модель ошибок, что ограничивает измеренную Λ значениями 1.4–2.1 там, где кодирования со стиранием дают в моделировании на порядок больше.

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

Использование двух нижних уровней джозефсоновской схемы напрямую в качестве кубита старо, как ящик куперовских пар (Nakamura, 1999); трансмон (Koch et al., 2007) сделал его выбором по умолчанию, купив нечувствительность к заряду ценой пониженной ангармоничности, — что и порождает проблему утечки.
Атрибуты: собственных характерных времён, считывания, подвижности, управления и технологии изготовления оно не добавляет — всё это принадлежит носителю.
Структура ошибок, как её видит код: симметричные ошибки Паули плюс утечка за пределы подпространства.

Физика и пределы

Определяющий масштаб — α ≈ −EC ≈ 2π × 200–300 MHz: он задаёт минимальное время вентиля и утечку на один вентиль, которую DRAG подавляет, но устранить не может. Повышение α оплачивается зарядовой дисперсией, растущей как exp(−√(8E_J/E_C)); именно этот размен здесь и является пределом. Утечка живёт там, где ошибка Паули не выживает: второй возбуждённый уровень переживает десятки циклов QEC при цикле Willow в 1.1 µs D[1], подавая декодеру коррелированные ложные синдромы. Отсюда выделенные механизмы удаления: полностью микроволновая схема USTC подавляет утечку в 72×, до остаточных 6.4(5)×10⁻⁴ после 40 циклов D[3]. Предел сдвигают декодирование с учётом утечки и более быстрый сброс многоуровневых состояний.

Достигнутый инженерный уровень

таблица
Дата Показатель Кто Тег
2024-12-09 Поверхностный код d=7, Λ = 2.14 ± 0.02 Google (Willow) D[1]
2025-12-22 Утечка подавлена в 72×, Λ = 1.40(6) при d=7 USTC D[3]
2026-07-08 Логическая ошибка при d=7: 7.72×10⁻⁴ за цикл Google D[2]

Лучшее в классе — одна охарактеризованная пара IQM, CZ 99.93% на протяжении 40 h D[38]; типичное на масштабе — EPLG парка IBM 3.7×10⁻³, лучший показатель 1.9×10⁻³ D[34], и медиана 99.1% на 108-кубитной машине Rigetti C[36].

Подавление утечки в 72× и остаточная утечка 6.4(5)×10⁻⁴ получены на одном устройстве USTC и по состоянию на 2026-09-04 не воспроизведены; статья не называет процессор, и обозначение «Zuchongzhi 3.2» взято не из неё. Не опубликовано: показатель утечки для парка IBM, чей EPLG агрегирует все механизмы ошибок.

Производство, материалы и цепочка поставок

Собственного нет ничего: наследуются литография Nb/Al на пластинах 300 mm, разброс выхода годных и по одной линии возбуждения плюс одной линии считывания на кубит. В этом и состоит весь коммерческий аргумент: двухрельсовое стирание добавляет по рельсу и по проверке на кубит (384 ns, стирание 2.54×10⁻² D[85]), кошачьи коды — накачку и буферную моду. Стена по вводу-выводу принадлежит носителю: коаксиал на кубит, ~10³ кубитов на криостат. На уровне 10⁴–10⁶ это кодирование добавляет удаление утечки внутри каждого цикла 1.1 µs и требуемую для этого полосу декодера. Экспозиция по экспортному контролю — носителя (US EAR ECCN 3A901).

Роль в стеке

Кодирование слоя 2 по умолчанию на решётке трансмонов с перестраиваемыми элементами связи (IBM, Google, Rigetti, IQM, OQC, USTC/Zhejiang, Fujitsu). Его вытесняют двухрельсовое стирание или кошачье кодирование, когда поставщик меняет сложность управления на более дружественную структуру ошибок: Alice & Bob, AWS и D-Wave/Quantum Circuits это сделали, IBM и Google — нет. Цена поддаётся счёту: измеренные ошибки двухрельсовых вентилей дают в моделировании Λ ≈ 27 против 14 при 0.1% деполяризующего шума S[84], тогда как для этого кодирования измеряются 2.14 и 1.40(6) D[1], [3]. В производный такт оно не добавляет ничего: раунд остаётся 0.65 µs внутри измеренного цикла носителя 1.1 µs. Верификация: 72× — это одно невоспроизведённое устройство USTC, а утечка декларируется самими авторами при отсутствии межвендорного протокола.

Участники и экономика

Кто.
Организация Роль Страна Что именно делает с технологией Свидетельство
IBM разработчик США Весь парк машин и дорожная карта Starling — на голых трансмонах D[34]
Google разработчик США QEC на Willow и рекорд логической ошибки при d=7 D[1]
USTC исследования Китай Подпороговый d=7 за счёт подавления утечки D[3]

Деньги.
2026-06-02 · IBM · инвестиционное обязательство · > $10 B в течение пяти лет · объявлено G[57]факт
2026-07-02 · IQM · листинг на Nasdaq и в Helsinki · денежные средства pro forma €337 M · закрыт C[58]факт

Рынок и цепочка поставок. Собственной цепочки поставок нет; концентрация лежит слоем ниже — в литографии Nb/Al и рефрижераторах растворения. Будучи бесплатным, оно и есть то, что покупает любой бюджет G1–G4 на этой архитектуре.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Датированного патентного семейства по борьбе с утечкой в голом подпространстве по состоянию на 2026-09-04 не найдено; подсчёты PatSnap от 2026-06-30 не специфичны по кодированиям Pфакт.

Дорожные карты и послужной список. IBM (2025-06-10 · Starling, 200 логических / 10⁸ вентилей в 2029 · Nighthawk идёт по плану, Kookaburra сдвинулся на год факт). Google (2025 · долгоживущий логический кубит на уровне 10⁻⁶ · преемника Willow нет). Ни один из них не публикует целевого показателя по утечке.

Стратегическое прочтение. Его преимущество в том, что оно бесплатно, поэтому развилка проходит по распределению капитала: деньги, потраченные на переход к стиранию, не идут на масштабирование парка машин с голым кодированием. Если Λ останется около 2, кодирования со стиранием выиграют по числу физических кубитов на логический; иначе поле остаётся за действующими игроками.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить к концу 2027: подавление утечки ≥ 50× в подпороговом коде вне USTC либо публикация утечки отдельной строкой в логическом бюджете ошибок какого-либо поставщика; иначе понизить это до утверждения об одном устройстве. В лучшем случае к 2029 г.: утечка опускается ниже предела по коррелированным событиям (≈10⁻¹⁰, ежечасные всплески на Willow D[1]); в худшем — Λ остаётся около 2, а число физических кубитов на логический — выше 10³. Что доминирует на 10⁴ кубитов: утечка или двухкубитная ошибка? Успеет ли удаление на уровне 10⁶? Перейдёт ли преобразование ошибок в стирания когда-нибудь в коммерческую плоскость?

Литература
  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. [2] V. Sivak et al., “Reinforcement learning control of quantum error correction,” Nature, vol. 655, no. 8124, pp. 879–884, Jul. 2026, doi: 10.1038/s41586-026-10759-2. [D]
  3. [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]
  4. [34] IBM Quantum, “What's new at IBM Quantum - Q2 2026.” [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/blog/whats-new-q2-2026 [D]
  5. [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]
  6. [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]
  7. [57] IBM Quantum, “Why IBM is investing $10 billion into quantum computing,” Jun. 2, 2026. [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/blog/10-billion-investment-faq [G]
  8. [58] IQM Quantum Computers, “IQM Quantum Computers Becomes First European Quantum Computing Company Listed on a Major U.S. Exchange,” Jul. 2, 2026. [Online]. Available: https://iqm.tech/press-releases/iqm-quantum-computers-becomes-first-european-quantum-computing-company-listed-on-a-major-u-s-exchange/ [C]
  9. [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. [S]
  10. [85] J. S.-C. Hung et al., “Fast, High-Fidelity Erasure Detection of Dual-Rail Qubits with Symmetrically Coupled Readout,” arXiv:2604.16292, Apr. 2026. [D]