CZ / iSWAP через перестраиваемый элемент связи g_tc

Перестраиваемый потоком элемент связи — это третий элемент, обычно перестраиваемый трансмон, перекинутый между двумя информационными кубитами. Его частота задаёт косвенный путь связи, интерферирующий с прямым ёмкостным, поэтому развёртка смещения проводит суммарный обмен через ноль: в точке выключения статическое ZZ компенсируется, а импульс, уводящий от неё, выполняет детерминированный CZ или iSWAP через пересечение |11⟩–|20⟩. Google/UCSB представили этот элемент в 2014 г. под названием gmon: связь устанавливалась в ноль с наносекундным разрешением и без потери когерентности D[422].
Атрибуты: сродство к носителю a = 1.0, полностью искусственный, природного аналога нет. Время вентиля ~10⁻⁷·⁴ s (≈40 ns), детерминированный.

Элемент связи покупает скорость и изоляцию ценой третьей шумящей степени свободы. Включённая связь в десятки MHz задаёт вентили длительностью 25–70 ns. Предел определяют три механизма. Когерентность: при 40 ns против среднего T1 = 68 µs у Willow релаксация и дефазировка за время импульса уже стоят нескольких единиц 10⁻⁴, то есть большей части зазора между средним по устройству значением 99.88% и единицей D[1]; формой импульса это не отыграть — помогут только более длинный T1 или более короткий вентиль. Утечка (leakage): импульс проходит вблизи |20⟩ и второго уровня самого элемента связи, поэтому населённость уходит из вычислительного пространства — для кода это «липкая» ошибка без оповещения (unheralded). Наконец, фликкер-шум 1/f по потоку в цепи смещения уводит точку выключения между калибровками, оставляя дрейфующее остаточное ZZ, которое проявляется как когерентная коррелированная ошибка. Что сдвигает предел: более высокий T1, большая ангармоничность (элементы связи на флаксониуме), профилированные импульсы потока и элементы связи, смещённые в точку, нечувствительную к потоку.

Здесь три режима, а не одно число: охарактеризованная пара даёт 99.93% D[38]; устройство на 105 кубитов — в среднем 99.88% D[1]; полноширинный бенчмарк IBM по парку систем читается как 0.37% типично и 0.19% в лучшем случае C[34]. Zuchongzhi 3.0 держится на 99.62% по 105 кубитам D[35]. Двухкубитный вентиль по-прежнему даёт ~40% бюджета ошибок цветного кода у Google, следом идёт утечка D[41].

Отдельного процесса для элемента связи не существует: элемент связи — это ещё один переход и СКВИД-контур в той же сверхпроводниковой литографии, поэтому его дефекты суть дефекты самой платформы — разброс частот переходов и дефекты типа двухуровневых систем (TLS), уводящие точку выключения. Производственная цена лежит в вводе-выводе, а не в литографии: Nighthawk несёт 218 элементов связи на 120 кубитов, и каждому нужна отдельная линия смещения C[49]. QuantWare — единственный коммерческий продавец чипов с перестраиваемыми элементами связи; он профинансирован раундом серии B на $178 M и строит фабрику в Delft P[298]. Экспортный контроль называет компьютеры целиком (4A906) и криогенную электронику (3A901), но не механизмы вентилей G[301]. Ни выход годных, ни стоимость элемента связи не публикуются.

На квадратной решётке элементов связи примерно вдвое больше, чем кубитов, и каждому нужна быстрая потоковая линия со своим ЦАП и фильтрацией. При 10³ кубитах это тысячи потоковых линий; при 10⁴ разводка становится связывающим ограничением раньше, чем точность (fidelity), и единственный продемонстрированный выход — источник смещения на кристалле, как во flip-chip ЦАП потока у D-Wave на флаксониуме при 10 mK C[316]. Регулярная цена — это калибровка, а не задержка: точки выключения дрейфуют вместе с шумом 1/f по потоку, поэтому объём калибровки растёт вместе с числом элементов связи — отсюда и управление ею у Google через обучение с подкреплением прямо в ходе коррекции ошибок, при логической ошибке 7.72×10⁻⁴ за цикл при d=7 D[2].

Узел принадлежит архитектуре решётки трансмонов с перестраиваемыми элементами связи (Google, IBM, Rigetti, IQM, OQC, USTC, Fujitsu) и требует трансмонного носителя. Он заменяет кросс-резонанс (cross-resonance) на фиксированных частотах; цена перехода — перепроектирование каждой ячейки «кубит — элемент связи — кубит», примерно удвоенное число линий смещения и новый стек калибровки; именно на этот размен пошла IBM в Heron (2023-12) после десятилетия на кросс-резонансе и сохранила его в Nighthawk C[49]. Вклад в такт невелик: производный такт = сумма раунда синдрома: слои вентилей + транспорт + считывание + сброс равен 0.65 µs, а его вентильный член — ~0.16 µs при 0.048 µs на слой D[1], так что этот узел двигает бюджет ошибок сильнее, чем такт. Соседнего пустого слота в графе технологий нет.

Ключевые 99.90% и 99.93% получены методом чередующегося рандомизированного бенчмаркинга на одной охарактеризованной паре, а RB слеп к утечке, если рядом не выполняется отдельный протокол на утечку, — тогда как утечка здесь второй по величине член ошибки. EPLG — другая наблюдаемая: послойные вентили на полной ширине, включая перекрёстные помехи, поэтому разрыв 0.37% против 0.07% в той же мере вопрос определения, что и разброса по парку систем. Ни один из рекордов не воспроизведён независимой лабораторией. Есть один конфликт атрибуции: цитируемый оксфордский результат «25 ns при 99.8%» получен на паре coaxmon с фиксированной связью и вообще без элемента связи C[423].

Не опубликовано: длительность вентиля для CZ 99.93% у IQM, для которого указаны только точность и 40-часовое окно усреднения; выход годных или доля дефектов именно по элементам связи у какого-либо поставщика; и доля EPLG по парку систем IBM, приходящаяся на остаточное ZZ при выключенном элементе связи, а не на когерентность или перекрёстные помехи.

Кто.
| Организация | Роль | Страна | Что именно делает с технологией | Свидетельство |
|---|---|---|---|---|
| Google | разработчик | США | Создал gmon; в Willow применяются перестраиваемые элементы связи | D[422] |
| IBM | разработчик | США | Nighthawk: 218 элементов связи на 120 кубитов; патент на элемент связи | C[49] |
| IQM | разработчик | Финляндия | Рекордный CZ 99.93% на плавающем перестраиваемом элементе связи | D[38] |
| QuantWare | поставщик | Нидерланды | Продаёт трансмонные чипы с перестраиваемыми элементами связи; фабрика в Delft | P[298] |
| Rigetti | разработчик | США | Чиплеты с перестраиваемыми элементами связи, медианная 2Q 99.1% | Cфакт |

Деньги.

• 2026-06-02 · IBM · программа (пятилетнее квантовое обязательство) · >$10 B · — · объявлено факт
• 2026-05-05 · QuantWare · раунд серии B · $178 M (€152 M) · Intel Capital, In-Q-Tel, ETF Partners · раунд закрыт P[298]факт
• 2026-07-02 · IQM · листинг (Nasdaq/Helsinki) · денежные средства €337 M, выручка за H1-2026 €8.9 M · завершён факт
• 2025-11-06 · DARPA · QBI Stage B, IBM — единственный трансмонный поставщик из одиннадцати · ≤$15 M каждому · объявлено факт

Рынок и цепочка поставок. Этот вентиль потребляет управление потоком — многоканальные AWG и ЦАП от Zurich Instruments, Quantum Machines и Keysight, ни один из которых не специфичен для элементов связи, — поэтому риск концентрации сидит в чипах, а не в приборах. QuantWare — единственный коммерческий канал; все остальные изготавливают чипы у себя, из-за чего конструкция элемента связи остаётся проприетарной, а управляющая электроника превращается в товар массового спроса. За этот узел платят G2 и G3: обоим нужна двухкубитная ошибка 10⁻³ на полной ширине парка систем.

Интеллектуальная собственность и стандарты. IBM владеет патентом US 11,727,297 B2, "Tunable quantum coupler facilitating a quantum gate between qubits" (выдан 2023-08-15), где заявлен второй путь связи с противоположным знаком, компенсирующий нежелательный когерентный поворот G[424]; работа Google 2014 г. по gmon является опубликованным предшествующим уровнем техники D[422]. Судебных разбирательств не выявлено; органа по стандартизации ни для конструкции элементов связи, ни для формы отчётности по ним нет.

Дорожные карты и послужной список. IBM: Nighthawk с 5 000 двухкубитных вентилей на схему (обещано 2025-06-10 · на 2025 · поставлено 2025-12) → 7 500 в 2026 → 10 000 в 2027 Rфакт, идёт по графику, хотя сам переход на элементы связи сделан лишь поколение назад. IQM: точность двухкубитного вентиля выше 99.94% (обещано на 2025–26) укладывается в погрешность относительно достигнутых 99.93% D[38]. Rigetti: 108 кубитов при 99.5% сдвинуты на «вторую половину 2026», и разрыв лежит именно в вентиле, опосредованном элементом связи Cфакт.

Стратегическое прочтение. Уход IBM от кросс-резонанса закрывает архитектурный спор в пользу перестраиваемой связи и усиливает поставщиков управляющей электроники — каждый элемент связи это ещё один проданный канал — и коммерческих поставщиков чипов. Угроза замещения исходит не от кросс-резонанса, а от пассивной компенсации ZZ на уровне конструкции: пара coaxmon с фиксированной связью достигла 25 ns при 99.8% вообще без элемента связи и без потоковой линии C[423]; если это масштабируется, налог на линии превращается в обузу. Переговорная сила остаётся у того, кто владеет фабрикой.

Подтвердить или понизить в течение 12–24 месяцев: доберётся ли Nighthawk до 7 500 двухкубитных вентилей к концу 2026 г.; сообщит ли хоть один парк систем о типичном EPLG ниже 0.2%; воспроизведёт ли вторая лаборатория 99.93%. В лучшем случае к 2029 г.: ошибка на полной ширине около 10⁻³ при 10³ кубитах, а смещение на кристалле снимает налог на линии. В худшем случае: число элементов связи ограничивает чипы примерно на 10³ кубитах, а когерентный предел при 40 ns удерживает ошибку на уровне нескольких 10⁻⁴ — слишком высоко, чтобы Λ рос. Открытые вопросы: ограничивает ли патент IBM коммерческие чипы с элементами связи; способны ли элементы связи на флаксониуме снизить утечку; снимет ли фиксированная связь налог на линии при масштабировании.