← Quantum Technology AtlasТехнологии · Машины · Архитектуры · ОрганизацииEnglishעברית

Гауссовы вентили на непрерывных переменных + негауссовы операции с помощью GKP g_cv

Светоделители, сжиматели и гомодинное упреждающее управление над оптическими модами, где решёточные состояния GKP поставляют негауссов ресурс, требуемый отказоустойчивостью.

Гауссовы вентили на непрерывных переменных + негауссовы операции с помощью GKP

g_cv · слой 3 Механизм вентиля · продемонстрировано · с 2020
Открыть на карте

Светоделители, сжиматели и прямая связь по результатам гомодинных измерений на оптических модах при такте 1 MHz (Aurora).

Обзор →

Ключевые источники

[413] D. Gottesman, A. Kitaev, and J. Preskill, “Encoding a qubit in an oscillator,” Phys. Rev. … · 2001
[821] S. Yokoyama et al., “Ultra-large-scale continuous-variable cluster states multiplexed in t… · 2013
[173] H. A. Rad et al., “Scaling and networking a modular photonic quantum computer,” Nature, vo… · 2025
[174] M. V. Larsen et al., “Integrated photonic source of Gottesman–Kitaev–Preskill qubits,” Nat… · 2025
[642] Xanadu, “Xanadu Unveils 1st On-Chip Error-Resistant Photonic Qubit,” HPCwire, Jun. 5, 2025… · 2025

Пространство проектирования — атрибуты

(a) сродство носителя
фотон (естественная частица, искусственно сформированные моды)
(b) время · запутывание
1.0 µs · детерминированное
(c) считывание
—
(d) подвижность
летающие кубиты (фотоны)
(e) управление
электрооптическое @ комнатная
(f) структура ошибки
гауссова (малые сдвиги), потеря (стирание)
(g) производство
фабрика ФИС

Пространство оценки — датированные атрибуты

Aurora clock → 1 MHz, 12 modes per cycle
определяет: такт (время цикла) · 2025-01 · источник

Кластерные состояния на непрерывных переменных с временным мультиплексированием восходят к Yokoyama et al. (University of Tokyo, 2013, > 10 000 мод); Aurora у Xanadu — первая модульная сетевая версия на чипах, а не первое такое состояние.

Стандартные рекорды

время однокубитного вентиля → 1.0 µs · типичное
Xanadu Aurora: 1 MHz clock with 12 physical qubit modes per cycle - 1 us per Gaussian-gate cycle; 7.2e9 temporal modes · 2025-01 · источник [D] ⓘ
ошибка двухкубитного вентиля при параллельной работе всей ширины → не опубликовано · типичное
No error-per-gate is defined for CV two-mode operations; Aurora is characterised by loss (>95% on heralded paths) and squeezing · 2025-01 · источник [D] ⓘ
перекрёстные помехи → не опубликовано · типичное
No crosstalk figure: mode mixing in a CV interferometer is the programmed operation, not an error channel · 2025-01 · источник [D] ⓘ

Участники и цели — аннотации

Фотоника на непрерывных переменных — GKP — Xanadu (Aurora) · G4 G6

Рёбра

нужно: Сжатая мода света (непрерывные переменные), Электрооптическое управление + электроника прямой связи (комн. т.)
альтернативы: Линейно-оптическое слияние (с оповещением)
° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Используют 3 машин (1 основная · 2 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: Conceptual diagram and experimental procedure for simulating the advection equation on a continuous-variable quantum platform. (A) The cla…
A two-part concept drawing, not a picture of the apparatus. (A) The advection equation, which carries a quantity along d coordinates, is mapped onto continuous-variable (CV) light: x becomes the x̂ quadrature, ∂/∂x becomes ip̂, and each coordinate becomes a separate light pulse in time. (B) The workflow: one-mode squeezed, two-mode squeezed or multi-mode cluster-state pulses each receive a displacement, homodyne detection samples their quadratures, then statistics follow. It is Figure 1 of arXiv 2606.00581, 'Analog photonic simulator for large-scale transport' (Zhao, Su and co-authors). Notice why it works: a Hamiltonian linear in p̂ just displaces each pulse, so advection needs only displacements, a Gaussian operation. “Fig. 1 — Figure 1: Conceptual diagram and experimental procedure for simulating the advection equation on a continuous-variable quantum platform. (A) The classical…” by Mengyu Zhao et al., arxiv.org/abs/2606.00581, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 3 — Figure 3: Characteristics of MBQC on noisy GKP cluster states (a) A GKP wave function at squeezing rate sgkp=12s=12 dB. As one decreases the squeez
A three-panel figure of computed plots: a Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) wavefunction drawn as a comb of peaks, gate infidelity versus squeezing, and maps of quantum volume versus squeezing and optical transmission. It is Figure 3 of the arXiv paper "Quantum Volume for Photonic Quantum Processors" by Yuxuan Zhang and co-authors. It shows what measurement-based computing on GKP cluster states needs: with weaker squeezing the red and blue peaks overlap, causing logical errors, and the grey band marks transmission too low for log2(QV) of 10 even with ideal squeezing. “Fig. 3 — Figure 3: Characteristics of MBQC on noisy GKP cluster states (a) A GKP wave function at squeezing rate sgkp=12s=12 dB. As one decreases the…” by Yuxuan Zhang, Daoheng Niu, Alireza Shabani, Hassan Shapourian, arxiv.org/abs/2208.11724, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 2 — Figure 2: Cubic phase gate and non-Gaussian states. (a) The potential and (b) the pointwise force. Target: the programmed potential. Sim: the finite…
A figure of plots, not a device image. (a) The programmed cubic potential V(X) and (b) its force V′(X), each showing target, simulation and experiment; (c) for three coherent input states, the measured characteristic function (real and imaginary parts) and the reconstructed Wigner function, with fidelities 0.84–0.90. It is Fig. 2 of arXiv 2609.02405 (September 2026) by Clara Yun Fontaine, … Yvonne Y. Gao, on programming anharmonic potentials in a superconducting harmonic oscillator. The cubic phase gate is the standard non-Gaussian gate for continuous-variable quantum computing, here made with qubit-conditioned displacements on a superconducting oscillator rather than light; notice the crescent-shaped Wigner functions with negative (blue) regions. “Fig. 2 — Figure 2: Cubic phase gate and non-Gaussian states. (a) The potential and (b) the pointwise force. Target: the programmed potential. Sim: the finite-order…” by Clara Yun Fontaine et al., arxiv.org/abs/2609.02405, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
g_cv · слой 3 Механизм вентиля · центральность 4.2 · продемонстрировано · с 2020 · обновлено 2026-09-03

Гауссовы вентили на непрерывных переменных + негауссовы операции с помощью GKP

Светоделители, сжиматели и гомодинное упреждающее управление над оптическими модами, где решёточные состояния GKP поставляют негауссов ресурс, требуемый отказоустойчивостью.

Вердикт. Эффективное сжатие GKP на кристалле составляет 0.62 dB против ~10 dB, необходимых архитектуре, — разрыв в ~8.7× по дисперсии шума решётки. Если веха отказоустойчивости Xanadu на 2028–29 годы сорвётся, это самое медленное направление в фотонике.

Ключевые источники

Λ = коэффициент подавления ошибок на 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

Вентили действуют на оптические квадратуры — светоделители, фазовые сдвиги, сжиматели — и замыкаются гомодинным упреждающим управлением. Гауссовы операции с гомодинным детектированием классически моделируемы, поэтому для универсальности необходим негауссов ресурс: решёточное состояние Gottesman–Kitaev–Preskill, 2001 год S[413]. Мультиплексирование во временной области старше самих компаний — University of Tokyo запутал более 10 000 мод ещё в 2013 году D[821]; Xanadu добавила модульную версию на кристалле D[173] и первый интегральный источник состояний кода Готтесмана–Китаева–Прескилла (GKP) D[174]. Атрибуты: летающий носитель, частично искусственный, детерминированный шаг ~1 µs, ошибки с доминированием гауссова шума и потерь; электрооптическое управление при комнатной температуре, изготовление фотонных ИС.

Физика и пределы

Потери действуют на решётку как гауссов канал случайных смещений, размывая пики GKP до тех пор, пока измерение квадратуры по модулю перестаёт разрешать логическое значение; пол здесь задаёт эффективное сжатие, а не число вентилей. Источник Xanadu на кристалле даёт 0.62 dB D[174] — дисперсия шума решётки ~0.87 от вакуумной против ~0.10 при предполагаемых ~10 dB, то есть искомое сокращение в ~8.7× ещё только предстоит найти S; это иная величина, нежели превышение порога по потерям в 24.1×, которое приводит Xanadu C[178]. Сдвинуть её способны только меньшие потери на элемент, лучшие источники и более глубокое мультиплексирование. Упреждающее управление добавляет второй пол: электроника обязана отработать внутри такта ~1 µs, а опубликованная петля на непрерывных переменных составляет 196 ns P[822].

Достигнутый инженерный уровень

таблица
Дата Показатель Кто Тег
2013-11 Кластерное состояние в непрерывных переменных, >10 000 мод во временной области Univ. of Tokyo D[821]
2025-01 Aurora: 35 кристаллов, 12 мод на такт 1 MHz, 2 ч, потери ~14 dB Xanadu D[173]
2025-06-05 Первый интегральный источник GKP, эффективное сжатие 0.62 dB, SiN Xanadu D[174]

Логического кубита GKP не существует; Aurora проработала два часа без коррекции ошибок и не сообщила ни одного значения логической точности (fidelity), так что она демонстрирует стабильность, а не вычисление D[173].

Дата, платформа и работа при комнатной температуре для результата GKP с 0.62 dB взяты из пресс-материалов издателя [642], и ни одна независимая группа этот результат не воспроизвела. Опубликованные оценки порога GKP зависят от декодера и архитектуры, поэтому ~10 dB — не единое авторитетное значение. Пересчёт дисперсии 0.87→0.10 выведен, а не процитирован. Коэффициент потерь Xanadu 24.1× и эффективное сжатие 0.62 dB — разные величины, которые ни один источник не согласует.

Производство, материалы и цепочка поставок

Изготовление — литография по нитриду кремния на пластинах класса 300 mm, общая с сектором дискретных переменных; специфичны для непрерывных переменных не коммутаторы, а сжиматели и высокоэффективные гомодинные приёмники, причём источник GKP работает при комнатной температуре D[174]. Корпусирование — волоконные сборки Corning и разделение пластин установками DISCO C[172]. Тяжёлая часть — управление: каждой моде нужны гомодинный приёмник, АЦП и петля, замыкающаяся внутри такта, и всё это растёт линейно, без опубликованных обходных путей. При 10³ мод это стойка приёмников, при 10⁴ доминирует аналоговый входной тракт, а для 10⁶ решения нет вовсе. К машине применима позиция ECCN 4A906 факт.

Роль в стеке

Слой вентилей для архитектуры в непрерывных переменных; требует источников сжатого света и упреждающего управления при комнатной температуре. Он не дополняет, а замещает слияние (fusion) в дискретных переменных: схема на непрерывных переменных измеряет квадратуры там, где слияние детектирует одиночные фотоны, поэтому смена архитектуры разом меняет источники, детекторы и декодеры. Производный такт 1.0 MHz D[173]. Верификация скудна: 0.62 dB получены одной группой, не воспроизведены и регулярно смешиваются с сырым квадратурным сжатием — 1.4 dB в периодически поляризованном TFLN P[345] есть совсем иная величина.

Участники и экономика

Кто.
Организация Роль Страна Что именно делает с технологией Свидетельство
Xanadu разработчик Канада Aurora, интегральный источник GKP, дорожная карта GKP+qLDPC D[173]D[174]
University of Tokyo исследования Япония Родоначальник крупномасштабных кластерных состояний в непрерывных переменных во временной области D[821]
Corning поставщик США Волоконные сборки, стоящие за цифрой стыковки Xanadu C[172]

Деньги.
2025-11-06 · Xanadu · отбор в DARPA QBI Stage B · до USD 15 M · DARPA · объявлено факт
2026-03-26 · Xanadu · слияние через SPAC с Crane Harbor · ~USD 302 M брутто, на ~40% ниже плана · закрыто Cфакт
2026-08-28 · Xanadu · финансирование завода в Торонто · CAD 195 M · Правительство Канады · объявлено C[178]
2026-08-31 · Xanadu · ликвидность · ~USD 686 M на 2026-06-30 · по отчётности Cфакт

Рынок и цепочка поставок. Коммерческий участник один, поэтому рынка нет — есть лишь снабженческие связи Xanadu и та же концентрация в корпусировании, что и у фотоники в целом. Сегодня подход на непрерывных переменных окупается для G1; G3/G4 — только если сжатие закроет разрыв, G6 — естественное смежное направление.

Интеллектуальная собственность и стандарты. По состоянию на 2026-09-04 датированного подсчёта патентов по непрерывным переменным/GKP из поимённо названной базы нет; Strawberry Fields/Blackbird — единственный открытый стек, изначально ориентированный на непрерывные переменные, и им не пользуется ни один другой вендор.

Дорожные карты и послужной список. Релиз от 2026-08-31 — первый количественно определённый график Xanadu (обещано в 2026-08: отказоустойчивость в 2028–29 годах, 200 логических кубитов в 2029-м, свыше 1 000 к 2031-му), он слишком свеж, чтобы его оценивать C[178]; против него стоит один провал — закрытие SPAC на ~40% ниже плана Cфакт. Утверждения компании по физике самокритичны, утверждения по финансированию — нет.

Стратегическое прочтение. Если эффективное сжатие вырастет на порядок, летающий носитель на непрерывных переменных при комнатной температуре становится естественной средой для сетей, и G6 достаётся Xanadu — разве что она упустит его сама. Если нет, второго участника, способного унаследовать это направление, не существует, и её поставщики стоят дороже её архитектуры.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить к 2027 году: эффективное сжатие выше 3 dB на кристалле; понизить в ранге веху 2028–29 годов, если оно останется ниже 1 dB. Лучший сценарий к 2029 году: небольшой логический кубит GKP при малом расстоянии. Худший сценарий: демонстрации без коррекции ошибок продолжаются, а график срывается так же, как сорвалось финансирование. Открытые вопросы: какая часть разрыва приходится на потери, а какая на изготовление; масштабируются ли гомодинные входные тракты.

Литература
  1. [172] Xanadu, “Xanadu sets new industry benchmark in photonic chip packaging,” PR Newswire, Jun. 10, 2026. [Online]. Available: https://www.prnewswire.com/news-releases/xanadu-sets-new-industry-benchmark-in-photonic-chip-packaging-302796562.html [C]
  2. [173] H. A. Rad et al., “Scaling and networking a modular photonic quantum computer,” Nature, vol. 638, no. 8052, pp. 912–919, Jan. 2025, doi: 10.1038/s41586-024-08406-9. [D]
  3. [174] M. V. Larsen et al., “Integrated photonic source of Gottesman–Kitaev–Preskill qubits,” Nature, vol. 642, no. 8068, pp. 587–591, Jun. 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09044-5. [D]
  4. [178] Xanadu Quantum Technologies Limited, “Xanadu Charts Path to Over 1,000 Logical Qubits by 2031,” GlobeNewswire, Aug. 31, 2026. [Online]. Available: https://www.globenewswire.com/news-release/2026/08/31/3353211/0/en/xanadu-charts-path-to-over-1-000-logical-qubits-by-2031.html [C]
  5. [345] X. Shi et al., “Squeezed Light Generation in Periodically Poled Thin-Film Lithium Niobate Waveguides,” arXiv:2508.08599, Aug. 2025. [P]
  6. [413] D. Gottesman, A. Kitaev, and J. Preskill, “Encoding a qubit in an oscillator,” Phys. Rev. A, vol. 64, no. 1, Art. no. 012310, Jun. 2001, doi: 10.1103/PhysRevA.64.012310. arXiv:quant-ph/0008040. [S]
  7. [642] Xanadu, “Xanadu Unveils 1st On-Chip Error-Resistant Photonic Qubit,” HPCwire, Jun. 5, 2025. [Online]. Available: https://www.hpcwire.com/off-the-wire/xanadu-unveils-1st-on-chip-error-resistant-photonic-qubit/ [P]
  8. [821] S. Yokoyama et al., “Ultra-large-scale continuous-variable cluster states multiplexed in the time domain,” Nat. Photon., vol. 7, no. 12, pp. 982–986, Dec. 2013, doi: 10.1038/nphoton.2013.287. [D]
  9. [822] D. Duggan et al., “FPGA Based Feedforward System for Photonic Quantum Computing Applications,” arXiv:2606.03500, Jun. 2026. [P]