Кодирование в фермионной чётности (тетрон)

Raveh Neeman

doi:10.5281/zenodo.22674814

Кодирование в фермионной чётности (тетрон) enc_parity

Один логический кубит в фермионной чётности четырёх майорановских мод на двух проводах; Z и X — чётности разных пар мод, обе нелокальные.

enc_parity · слой 2 Кодирование · только теория / проект · с 2025

Открыть на карте

Кубит в совместной чётности двух майорановских проволок; время жизни X-измерения в 1000 раз короче Z (данные 2025).

Обзор →

Ключевые источники

[421] T. Karzig et al., “Scalable designs for quasiparticle-poisoning-protected topological quan… · 2017

[21] M. Aghaee et al., “20 Second Parity Lifetime in an InAs–Pb Tetron Device,” arXiv:2606.0388… · 2026

[20] M. Aghaee et al., “Distinct Lifetimes for X and Z Loop Measurements in a Majorana Tetron D… · 2025

Пространство проектирования — атрибуты

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

Пространство оценки — датированные атрибуты

Z / X parity lifetimes → 12.4 ms / 14.5 µs in the quoted tuning (~9.3 ms / ~4 µs in others; the ~10³ ratio is robust, the point values are not)

определяет: канал ошибок · 2025-07 · источник

Разрыв объясняется большим сечением захвата квазичастиц у двухпроволочной X-петли — потоковый шум как причина в статье не назван. DARPA US2QC: финальная стадия Validation & Co-Design с 2025-02-06, не QBI Stage B.

Участники и цели — аннотации

Топологические — тетрон (майорановские) — Microsoft · —

Рёбра

нужно: Майорановская чётность (тетрон InAs–Pb)

нужен для: Майорановский вентиль через измерения

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

Используют 2 машин (2 основная · 0 альтернатива)

топологические 2
Majorana 1 Microsoft статья пресса ▣ Fig. 2 (single-qubit tetron gate schematic with measurement loops); §II.B Device design ✅
Majorana 2 Microsoft блог блог пресса ▤ Abstract ✅

↗ 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: Schematic of the sparse encoding for a single qubit, with the logical qubit labelled along with the parity conserving ancilla. Hybridizati… — A simple drawn schematic, not a picture of a device: four Majorana modes γ1–γ4, two boxed as the qubit and two as a parity-conserving ancilla, with arcs marking Z and X couplings. It is Figure 1 of the arXiv paper "Majorana braiding simulations with projective measurements" by Philipp Frey, Themba Hodge, Eric Mascot and Stephan Rachel. It illustrates fermion-parity (tetron-style) encoding: the qubit is stored in the joint parity of Majorana pairs, and letting pairs hybridize rotates the qubit state continuously. “Fig. 1 — Figure 1: Schematic of the sparse encoding for a single qubit, with the logical qubit labelled along with the parity conserving ancilla. Hybridization between…” by Philipp Frey, Themba Hodge, Eric Mascot, Stephan Rachel, arxiv.org/abs/2508.10106, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 1 — Figure 1: (a) Sketch of the poor man’s tetron: two semiconducting nanowires (blue) are connected by a shared SC floating island (silver); a set of e… — A two-panel drawing, not a photograph: a 3D render of two semiconductor nanowires joined by a shared superconducting floating island, with gate-defined quantum dots, gold gates and four leads, and a schematic of the model's Hamiltonian terms. It is Figure 1 of the arXiv paper "The poor man's Majorana tetron" by Maximilian Nitsch and co-authors. It illustrates a minimal Majorana tetron qubit built from coupled quantum dots; per the caption, the four leads are used to explore the emerging Kondo physics. “Fig. 1 — Figure 1: (a) Sketch of the poor man’s tetron: two semiconducting nanowires (blue) are connected by a shared SC floating island (silver); a set of…” by Maximilian Nitsch et al., arxiv.org/abs/2411.11981, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 1 — Figure 1: Braiding geometries and protocols. (a) Trijunction network and (b) quantum-dot-assisted architecture, showing the device layout to exchang… — Shaded schematic drawings, not device images, of two ways to exchange (braid) Majorana zero modes: a T-shaped nanowire junction with modes γ1-γ4 at the wire ends, and two wire segments linked by a quantum dot, each with step-by-step frames of the exchange. From "Noisy Braiding of Majorana Modes: A Comparison of Nanowire Trijunction and Quantum-Dot-Assisted Architectures" by Dibyajyoti Sahu and Suhas Gangadharaiah. Braiding is the intended gate operation of topological qubits; notice the modes moving along wire arms in one design and through the dot in the other. “Fig. 1 — Figure 1: Braiding geometries and protocols. (a) Trijunction network and (b) quantum-dot-assisted architecture, showing the device layout to exchange the…” by Dibyajyoti Sahu, Suhas Gangadharaiah, arxiv.org/abs/2608.09416, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

enc_parity · слой 2 Кодирование · центральность 4.2 · только теория / проект · с 2025 · обновлено 2026-09-04

Кодирование в фермионной чётности (тетрон)

Один логический кубит в фермионной чётности четырёх майорановских мод на двух проводах; Z и X — чётности разных пар мод, обе нелокальные.

Вердикт. По состоянию на 4 сентября 2026 г. это не работающее кодирование — его X-канал живёт примерно в 1000 раз меньше, чем Z-канал; фальсифицируется как значимое для отказоустойчивости, если к 2028 году это отношение не опустится ниже 10×.

Ключевые источники

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

Сущность и происхождение

Четыре майорановские моды на двух проводах, соединённых сверхпроводящим хребтом, удерживают один кубит: Z — чётность пары мод одного провода, X — чётность пары, охватывающей оба провода, так что ни один из логических операторов не локален. Карциг с соавторами определили компоновки тетрона и гексона в 2017 году, с клиффордовскими операциями посредством измерений, а не плетения S[421]. С заявленной точностью (fidelity) считывалась только чётность Z-типа; X-измерение, которого требует это кодирование, — нет D[21].
a изготовлен (1.0) · b не вентиль · c считывания нет · d транспорта нет
e управления нет · f асимметричен, доминирует отравление · g наследует изготовление проводов

Физика и пределы

Защита — это длина и щель: расщепление чётности спадает экспоненциально по отношению длины к длине когерентности, отравление — по мере роста щели относительно температуры и плотности квазичастиц S[421]. Ни то, ни другое не опубликовано. Опубликовано другое: 12.4 ms на Z-петле против 14.5 µs на X-петле в одном приборе D[20]. Обе величины суть фермионные чётности, поэтому фактор ~1000× геометричен: X-петля охватывает оба провода и захватывает квазичастицы на большем сечении D[20]. Коду нужны сопоставимые скорости в обоих базисах, и это не полезная асимметрия: короткоживущий базис — как раз тот, который вентиль на основе измерений проецирует чаще всего. Сдвинуть этот пол означает увеличить щель (свинец заменил алюминий D[21]), обеспечить захват квазичастиц ловушками и уменьшить X-петлю.

Достигнутый инженерный уровень

таблица

Год	Показатель	Кто	Тег+ключ
2017	Определены компоновки тетрона и гексона; клиффордовские операции только на измерениях	Microsoft	S[421]
2025-07	Z-петля 12.4 ms против X-петли 14.5 µs, один тетрон	Microsoft Quantum	D[20]
2026-06	Один провод одного тетрона в массиве; совместной чётности нет	Microsoft Quantum	D[21]

Ни одно логическое состояние не приготовлено, ни одного X-измерения, ни времени когерентности, ни логической частоты ошибок для тетрона нет D[21].

Текст arXiv для [20] также приводит X ~4 µs и Z ~9.3 ms для других настроек — против 14.5 µs / 12.4 ms, приведённых выше. Тетронов не от Microsoft не существует. Не опубликовано: расщепление майорановских мод, отношение длины провода к длине когерентности или плотность квазичастиц ни для одного тетрона, поэтому заявленную защиту нельзя проверить численно; а также является ли асимметрия X/Z геометрической или внутренней.

Производство, материалы и цепочка поставок

Собственного процесса нет; кодирование фиксирует геометрию. Два провода, хребет и квантовые точки, замыкающие каждую петлю, стоят большей площади и большего числа операций, чем голый провод, а элементы связи X-петли — это ровно то, чего измерение только по Z позволяет избежать. Вывод на режим выполняется поприборно: радиочастотная методика 2026 года разрешает расщепление концевых состояний провода с точностью до µeV, чтобы массивные приборы вообще поддавались настройке D[21]. Ниже лежит собственная эпитаксия InAs–Pb, не воспроизведённая вне Microsoft; специфичной для неё категории экспортного контроля нет.

Роль в стеке

Архитектура: «Топологические — тетрон (майорановские)», где оно — основное кодирование. Оно требует двух проводов на кубит и поставляет ту логическую степень свободы, на которую действовал бы вентиль на основе измерений; больше его никто не потребляет, и такта оно не задаёт. Верификация односторонняя: телеграфная статистика на петлях чётности, никакой логической ошибки на цикл, никакого Λ, никакого независимого тетрона. Спор идёт глубже: Matters Arising Легга (2026-06-24) доказывает, что считывавшиеся в 2025 году области были разупорядоченными и бесщелевыми, что делает закодированный объект тривиальным, а не защищённым; ответ Microsoft, вышедший в тот же день, не уступает ничего D[22]. Кубит чётности от QuTech в связанных цепочках Китаева — альтернативное кодирование с ограниченной защитой, а не воспроизведение тетрона D[217].

Участники и экономика

Кто.
| Организация | Роль | Страна | Что делают | Свидетельство |
|---|---|---|---|---|
| Microsoft Quantum | разработчик | США | Определили тетрон и владеют единственными данными по Z/X | D[20] |
| DARPA | инвестор | США | Финальная стадия US2QC Validation & Co-Design с 2025-02-06 | факт |
| QuTech | исследования | Нидерланды | Конкурирующее кодирование по чётности в связанных цепочках Китаева | D[217] |
| Nokia Bell Labs | исследования | США | Маршрут на анионах дробного квантового эффекта Холла, иное кодирование | Dфакт |

Деньги. 2025-02-06 · Microsoft · финальная стадия US2QC Validation & Co-Design · сумма не раскрыта · DARPA · объявлено факт. 2026-01-23 · Microsoft · Quantum Pioneers Program, QEC — одна из тем конкурса · ≤ USD 200 000 на заявку · объявлено Pфакт.

Рынок и цепочка поставок. Не продаётся ничего; кодирование потребляет провода и считывание и окупается только в G4, после того как появится X-измерение.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Компоновка тетрона — опубликованная родословная Microsoft S[421]; датированного числа патентов именно по ней по состоянию на 4 сентября 2026 г. нет.

Дорожные карты и послужной список. (тетрон как единица отказоустойчивости, обещан в 2017-м, переформулирован на 2029 год в 2026-м; статус на 4 сентября 2026 г.: ни X-измерения, ни логического кубита) C[215]. Девять лет от проекта до одного проводного измерения, без единой промежуточной вехи по отношению X/Z.

Стратегическое прочтение. Всякое топологическое утверждение выше по стеку опирается на это отношение. Если оно сомкнётся, производственное преимущество Microsoft превратится в код; если нет, тетрон уступит место более длинной цепочке Китаева, а стек проводов лишится своего оправдания. Риск — единственный поставщик и единственная конструкция.

Перспективы и открытые вопросы

Фальсифицируемо за 12–24 месяца: любое измерение чётности в X-базисе с заявленной ошибкой отнесения; отношение X/Z ниже 100×; совместное измерение по двум тетронам. Подтверждение — по первым двум пунктам; понижение до теории, если ничего не появится к концу 2027 года. В лучшем случае перепроектирование петли и увеличенная щель выводят X в миллисекунды; в худшем — отравление X-петли внутренне присуще, и конструкция забрасывается. Открытые вопросы: асимметрия геометрическая или внутренне присущая; строит ли кто-нибудь тетрон вне Microsoft.

Литература

[20] M. Aghaee et al., “Distinct Lifetimes for X and Z Loop Measurements in a Majorana Tetron Device,” arXiv:2507.08795, Jul. 2025. [D]
[21] M. Aghaee et al., “20 Second Parity Lifetime in an InAs–Pb Tetron Device,” arXiv:2606.03884, Jun. 2026. [D]
[22] H. F. Legg, “On the robustness of topological gap detection via transport,” Nature, vol. 654, no. 8120, pp. E22–E26, Jun. 2026, doi: 10.1038/s41586-026-10567-8. arXiv:2503.08944. [D]
[215] C. Nayak, “Majorana 2 – Microsoft's Scalable Quantum Processor With Reliable, Long-Lasting Qubits,” Microsoft Quantum. [Online]. Available: https://quantum.microsoft.com/en-us/insights/blogs/majorana-2-scalable-quantum-processor [C]
[217] F. Zatelli et al., “Majorana parity qubit in coupled minimal Kitaev chains,” arXiv:2607.09511, Jul. 2026. [D]
[421] T. Karzig et al., “Scalable designs for quasiparticle-poisoning-protected topological quantum computation with Majorana zero modes,” Phys. Rev. B, vol. 95, no. 23, Art. no. 235305, Jun. 2017, doi: 10.1103/PhysRevB.95.235305. arXiv:1610.05289. [S]