← Quantum Technology AtlasТехнологии · Машины · Архитектуры · ОрганизацииEnglishעברית

Кросс-резонанс (фиксированная частота, только СВЧ) g_cr

Полностью микроволновый запутывающий вентиль: трансмон фиксированной частоты возбуждают на частоте его соседа через статическую шину; ни линии потока, ни перестраиваемого элемента связи.

Кросс-резонанс (фиксированная частота, только СВЧ)

g_cr · слой 3 Механизм вентиля · продемонстрировано · с 2011

Чисто СВЧ вентиль на трансмонах фиксированной частоты; 180–500 ns; вытеснен перестраиваемыми элементами связи в IBM Heron.

Обзор →

Ключевые источники

[425] J. M. Chow et al., “Simple All-Microwave Entangling Gate for Fixed-Frequency Superconducti… · 2011
[287] A. Kandala et al., “Demonstration of a High-Fidelity CNOT Gate for Fixed-Frequency Transmo… · 2021
[426] C. Kim, J. Kang, and Y. Kwon, “Lattice patch structure for fixed-frequency transmon quantu… · 2026
[34] IBM Quantum, “What's new at IBM Quantum - Q2 2026.” [Online]. Available: https://www.ibm.c…
[72] IBM, “Quantum Roadmap.” [Online]. Available: https://www.ibm.com/roadmaps/quantum/

Пространство проектирования — атрибуты

(a) сродство носителя
искусственный
(b) время · запутывание
316 ns · детерминированное
(c) считывание
—
(d) подвижность
статическая разводка ближайших соседей
(e) управление
СВЧ @ комнатная
(f) структура ошибки
когерентная / калибровочная, стохастическая паулиевская
(g) производство
литография сверхпроводниковых схем

Пространство оценки — датированные атрибуты

CR CNOT with intrinsic static-ZZ suppression (Kandala) → 99.77(2)% in a single 180 ns pulse
определяет: канал ошибок · 2021 · источник

Kandala 2021 подавляет статический ZZ внутренне (два фиксированных элемента связи перестраивают одетые уровни), а не активным компенсирующим драйвом; импульс 180 ns, не 320 ns. Кросс-резонансный вентиль (CR) оставался основным вентилем IBM вплоть до Condor; CZ на перестраиваемом элементе связи появился в Heron.

Стандартные рекорды

ошибка двухкубитного вентиля при параллельной работе всей ширины → 0.017 · типичное
ibm_sherbrooke (Eagle r3, 127 q, fixed-coupling CR): EPLG 1.7e-2 at chain length 100 (layer fidelity 0.19); 0.26 at N=80 · 2023-11 · источник [D] ⓘ
перекрёстные помехи → не опубликовано · типичное
No simultaneous-minus-isolated crosstalk figure is published for cross-resonance; Kandala 2021 reports static-ZZ suppression, not a rate · 2021-09 · источник [D] ⓘ

Участники и цели — аннотации

Рёбра

нужно: Трансмон, Электроника при комнатной температуре + коаксиальный / гибкий кабель на кубит°, Крио-КМОП-контроллер (4 K / mK)°
альтернативы: CZ / iSWAP через перестраиваемый элемент связи
конфликтует с:
Повёрнутый поверхностный код (+ yoked-варианты) обходится выбором другой технологии вместо одной из двух
бесстолкновительные фиксированные частоты вынуждают разреженную решётку heavy-hex; поверхностный код степени 4 тогда требует флаговых кубитов и более длинных раундов
цена решётка с кросс-резонансными вентилями избегает частотных столкновений, держа степень 2–3 (heavy-hex); проверки веса 4 поверхностного кода тогда требуют флаговых кубитов, более длинной схемы синдрома и дают порог ниже, чем на решётке степени 4
смягчение перестраиваемые элементы связи (g_tc) — переход IBM от кросс-резонанса у Eagle к перестраиваемым элементам связи Heron, ещё на heavy-hex; квадратная решётка степени 4 пришла с Nighthawk (2025); либо heavy-hex-коды на решётке с кросс-резонансом · 2020-01
° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Используют 6 машин (6 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. 6 — Figure 6: Optimization for the cross-resonance gate Z​X​(π/2)ZX(/2). We display results with fidelity over 99.9% for the direct and RL approaches at…
Simulated plots in three columns: a two-qubit ZX(π/2) gate by a smooth flat-top 'direct' pulse at 248.9 ns and by reinforcement-learning pulses at 248.9 ns and 177.8 ns. Rows (a, b) show pulse amplitudes on the cross-resonance and target drives; (c, d) the target qubit's ⟨X⟩, ⟨Y⟩, ⟨Z⟩ over time for control in |0⟩ or |1⟩, with Bloch-sphere insets. It is Figure 6 of 'Reinforcement learning pulses for transmon qubit entangling gates' (arXiv 2311.03684) by Ho Nam Nguyen, Felix Motzoi and co-authors. The cross-resonance gate entangles fixed-frequency transmons; the learned pulses are stepped, yet the caption reports over 99.9% fidelity; the target ends at opposite ⟨Y⟩ per control state. “Fig. 6 — Figure 6: Optimization for the cross-resonance gate Z​X​(π/2)ZX(/2). We display results with fidelity over 99.9% for the direct and RL approaches at gate…” by Ho Nam Nguyen, Felix Motzoi, Mekena Metcalf, K. Birgitta Whaley, Marin Bukov, Markus Schmitt, arxiv.org/abs/2311.03684, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
File:Keynote - Entering the Era of Quantum Utility (IBM Research) 06.png
A frame from a keynote video: a slide titled 'Tunable Coupler architecture – Performance' with a small render of an IBM Quantum processor, a line drawing of a heavy-hex qubit layout, and text comparing Eagle R3 with Heron R1. It comes from IBM Research's keynote 'Entering the Era of Quantum Utility' (IBM Quantum Summit 2023). It contrasts fixed-frequency cross-resonance (ECR) gates with tunable-coupler CZ gates on superconducting processors: notice Heron's 96 ns CZ versus Eagle's 537 ns ECR, allowing more gates despite a shorter mean T1. “Keynote - Entering the Era of Quantum Utility (IBM Research) 06” by IBM Research, commons.wikimedia.org/wiki/File:Keynote_-_Entering_the_Era_o…, CC BY 3.0 (creativecommons.org/licenses/by/3.0/)
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/)
g_cr · слой 3 Механизм вентиля · центральность 4.2 · продемонстрировано · с 2011 · обновлено 2026-09-04

Кросс-резонанс (фиксированная частота, только СВЧ)

Полностью микроволновый запутывающий вентиль: трансмон фиксированной частоты возбуждают на частоте его соседа через статическую шину; ни линии потока, ни перестраиваемого элемента связи.

Вердикт. Вытеснен в собственном парке IBM начиная с Heron (2023-12), но всё ещё остаётся единственным двухкубитным вентилем, которому не нужно никакого управления элементом связи; он вернётся только если послеоперационная подгонка частот окажется по стоимости выгоднее потокового ЦАП на каждый элемент связи.

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

Возбуждение управляющего трансмона на частоте его соседа через фиксированную шину порождает ZX-взаимодействие; Chow, Córcoles, Gambetta et al. (IBM), 2011 D[425]. Kandala et al. в 2021 году получили CNOT 99.77(2)% одним импульсом длительностью 180 ns, подавив статическое ZZ внутренним образом: два элемента связи фиксированной частоты перестраивают одетые уровни, вместо того чтобы добавлять компенсирующие воздействия D[287].
Атрибуты: искусственный носитель, статическая связность, микроволновое управление при комнатной температуре; детерминированное запутывание на уровне 10^-6.5 s (~320 ns типично, 180 ns лучший результат).
Ошибки когерентные плюс паулиевские; стандартная литография сверхпроводниковых схем, дополнительных техпроцессов нет.

Физика и пределы

Скорость ZX имеет второй порядок, ∝ JΩ/(Δ(Δ+α)), и максимальна в «оседлавшем» режиме −α < Δ < 0, поэтому расстройка обязана лежать в полосе порядка ангармоничности, ~300 MHz. Статическое ZZ, ∝ 2J²α/(Δ(Δ+α)), не выключается никогда, поэтому в бюджете доминирует когерентная ошибка. Предел задаётся не отдельной парой, а попаданием в частоты: каждый сосед добавляет ограничение по частотным столкновениям внутри той же полосы, а разброс переходов при изготовлении имеет порядок процента, так что выход годных без столкновений обрушивается с ростом решётки. Предел сдвигает послеоперационная подгонка — отжиг переходов в целевую точку с успехом 97.4% D[294], — а не улучшение импульсов.

Достигнутый инженерный уровень

таблица
Дата Показатель Кто Тег
2011 Первый полностью микроволновый запутывающий вентиль на кросс-резонансе (cross-resonance, CR) IBM D[425]
2021-09-22 CNOT 99.77(2)% одним импульсом 180 ns IBM D[287]
2026-06-25 Решёточный «патч» на фиксированных частотах, CNOT > 98% по моделированию Hanyang University S[426]

Показателя CR, усреднённого по парку машин, никогда не публиковали; сегодняшний EPLG у IBM (3.7×10⁻³ D[34]) относится к аппаратуре Heron, заменившей CR в 2023-12 C[72]. Болезненный ориентир — CZ с фиксированной связью от Oxford/OQC, 99.8% за 25 ns C[423]: тоже без управления элементом связи и в семь раз быстрее.

PRL Kandala и соавт. сообщает о собственном подавлении ZZ за счёт двух связующих элементов с фиксированной частотой, а не об активной компенсации. Не опубликовано: среднепарковая точность CR для поколений IBM до Heron (от Falcon до Condor) — есть только 99.77(2)% для изолированной пары — и датированное число патентов, специфичных для CR.

Производство, материалы и цепочка поставок

Собственного техпроцесса нет. Затраты ложатся на сортировку и подгонку: частотное столкновение нельзя развести расстройкой после изготовления, его можно лишь замаскировать программно или вывести отжигом, поэтому именно попадание в частоты — лазерный отжиг у IBM, отжиг со знакопеременным смещением у Rigetti D[294] — и есть та позиция цепочки поставок, которую порождает CR. Его преимущество лежит в балансе ввода-вывода: одна линия возбуждения на кубит и ничего на элемент связи, тогда как перестраиваемые элементы связи добавляют по линии потока и каналу ЦАП каждый, то есть примерно в 1.5–2× больше линий. На уровне 10³ это разница между тесным криостатом и невозможным; на уровне 10⁴–10⁶ — это весь бюджет монтажа. Экспозиция по экспортному контролю — носителя (ECCN 3A901).

Роль в стеке

Ветвь фиксированных частот на архитектуре решётки трансмонов — IBM от Falcon до Condor, 2019–2023 C[72], а по сей день и Advanced Quantum Испытательный стенд (AQT) в Lawrence Berkeley National Laboratory, — дающая запутывание без управления элементом связи; его альтернатива — перестраиваемый элемент связи, и переход между ними означает переработку кристалла, а не прошивки. По производному такту он проигрывает: 180–500 ns против ~50 ns у CZ с перестраиваемым элементом связи, так что каждый цикл QEC переплачивает на слое вентилей в 3–7×. Верификация: 99.77% — это чередующийся RB на изолированной паре, слепой к кубитам-наблюдателям; ошибка CR когерентна, поэтому RB её занижает, а честным измерением является томография набора вентилей.

Участники и экономика

Кто.
Организация Роль Страна Что именно делает с технологией Свидетельство
IBM разработчик (бывший пользователь) США Изобрела CR и масштабировала его до Condor; вывела из обращения на Heron D[287]
Hanyang University исследования Южная Корея Проект решёточного «патча» на фиксированных частотах, возрождающий CR S[426]
OQC разработчик Великобритания Коаксмоны фиксированной частоты с CZ на фиксированной связи, а не CR C[423]

Деньги.
2026-06-02 · IBM · инвестиционное обязательство · > $10 B в течение пяти лет · объявлено G[57]факт
2026-06-03 · OQC · раунд серии C · £260 M · лид Bullhound · закрыт C[60]факт

Ни одно событие финансирования и ни один этап QBI не называют кросс-резонанс.

Рынок и цепочка поставок. Дополнительных поставщиков нет: та же литография, тот же криостат и та же коаксиальная цепочка минус потоковая электроника на каждый элемент связи. Он оплачивал только G1 и ранний G2.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Базовое патентное семейство принадлежит IBM (Chow 2011, Kandala 2021); датированного подсчёта патентов, специфичных для CR, по состоянию на 2026-09-04 не найдено. Qiskit по-прежнему поставляет CR как нативный двухкубитный шаблон.

Дорожные карты и послужной список. IBM (2022-05-10 · долгосрочных обязательств по CR не брала · выведен из обращения в срок на Heron, 2023-12 факт). Hanyang (2026-06-25 · только моделирование · ничего не изготовлено). Послужной список IBM хорош именно потому, что она отказалась от CR, когда выход годных пошёл не туда.

Стратегическое прочтение. От вытеснения CR не выигрывает никто, кроме поставщиков перестраиваемых элементов связи и криогенного управления. Его остаточная ценность — дешёвый монтаж: если отжиг доведёт выход годных по попаданию в частоты почти до единицы, чиплет на фиксированных частотах окажется по стоимости ниже кристалла с перестраиваемыми элементами связи. Сила сейчас находится у поставщиков управляющей электроники — ровно то, чего CR был призван избежать.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить к 2028: изготовленный процессор на фиксированных частотах более чем на восемь кубитов с опубликованной точностью CR при одновременной работе вентилей либо измеренный «патч» Hanyang выше 98%; иначе понизить до наследия. В лучшем случае к 2029 г.: дешёвый чиплет на фиксированных частотах; в худшем — CR выживает лишь как цель компиляции в Qiskit. Использует ли CR в продуктиве кто-нибудь, кроме IBM? Достигает ли попадание в частоты выхода годных без столкновений за пределами ~100 кубитов? Выберет ли фабрика CR по стоимости, а не по физике?

Литература
  1. [34] IBM Quantum, “What's new at IBM Quantum - Q2 2026.” [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/blog/whats-new-q2-2026 [D]
  2. [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]
  3. [60] A. Curbison, “OQC raises £260m in Europe's largest ever private quantum computing funding round,” OQC, Jun. 2, 2026. [Online]. Available: https://oqc.tech/company/newsroom/series-c [C]
  4. [72] IBM, “Quantum Roadmap.” [Online]. Available: https://www.ibm.com/roadmaps/quantum/ [C]
  5. [287] A. Kandala et al., “Demonstration of a High-Fidelity CNOT Gate for Fixed-Frequency Transmons with Engineered ZZ Suppression,” Phys. Rev. Lett., vol. 127, no. 13, Art. no. 130501, Sep. 2021, doi: 10.1103/PhysRevLett.127.130501. [D]
  6. [294] D. P. Pappas et al., “Alternating-bias assisted annealing of amorphous oxide tunnel junctions,” Communications Materials, vol. 5, no. 1, Art. no. 150, Aug. 2024, doi: 10.1038/s43246-024-00596-z. [D]
  7. [423] A. Curbison, “Oxford research group demonstrate fundamental speed-up of two-qubit gate,” OQC, Mar. 21, 2025. [Online]. Available: https://oqc.tech/company/newsroom/oxford-research-group-demonstrate-fundamental-speed-up-of-two-qubit-gate [C]
  8. [425] J. M. Chow et al., “Simple All-Microwave Entangling Gate for Fixed-Frequency Superconducting Qubits,” Phys. Rev. Lett., vol. 107, no. 8, Art. no. 080502, Aug. 2011, doi: 10.1103/PhysRevLett.107.080502. [D]
  9. [426] C. Kim, J. Kang, and Y. Kwon, “Lattice patch structure for fixed-frequency transmon quantum computer with high-fidelity CNOT gates,” arXiv:2606.27017, Jun. 2026. [S]