← Quantum Technology AtlasТехнологии · Машины · Архитектуры · ОрганизацииEnglishעברית

Криогенная СВЧ-линия связи между криостатами ic_cryolink

Сверхпроводниковый волновод, удерживаемый ниже 50 mK по всей своей длине и переносящий бегущие фотоны 5–7 GHz или сжатые состояния между двумя независимо охлаждаемыми рефрижераторами растворения.

Криогенная СВЧ-линия связи между криостатами

ic_cryolink · слой 9 Межсоединение · формируется · с 2020
Открыть на карте

30-метровый сверхпроводниковый волновод при < 50 mK; точность состояния Белла 80.4% при 12.5 kHz; суммарные потери 0.55–0.65 dB.

Метки чтения
сквозная технология — искусственный носитель + дальняя связность (транспорт / дальние связи)
Обзор →

Ключевые источники

[772] P. Magnard et al., “Microwave Quantum Link between Superconducting Circuits Housed in Spat… · 2020
[305] S. Storz et al., “Loophole-free Bell inequality violation with superconducting circuits,” … · 2023
[773] J. D. Schär et al., “A Modular Cryogenic Link for Microwave Quantum Communication Over Dis… · 2026
[774] W. K. Yam et al., “Cryogenic microwave link for quantum local area networks,” npj Quantum … · 2025

Пространство проектирования — атрибуты

(a) сродство носителя
искусственный
(b) время · запутывание
—
(c) считывание
—
(d) подвижность
дальние статические связи
(e) управление
СВЧ @ милликельвиновая ступень
(f) структура ошибки
потеря (стирание), когерентная / калибровочная
(g) производство
литография сверхпроводниковых схем

Пространство оценки — датированные атрибуты

30 m link Bell fidelity / rate → 80.4% / 12.5 kHz
определяет: канал ошибок · 2023-05 · источник
2026 modular link → waveguide loss < 0.03 dB/30 m; end-to-end transfer loss 0.55–0.65 dB, i.e. 86–88% transmission
определяет: путь масштабирования · 2026-04 · источник

ETH Zürich. Иногда цитируемая «эффективность передачи 75–79%» не следует из 0.55–0.65 dB, что соответствует пропусканию 86–88%; статья ETH относит потери к 26 разъёмным стыкам модулей, а остаток пришёлся бы на эффективность излучения/поглощения в узлах.

Участники и цели — аннотации

Решётка трансмонов с перестраиваемыми элементами связи (альтернатива) — IBM (Heron, Nighthawk), Google (Willow), Rigetti, IQM, OQC, USTC/Zhejiang, Fujitsu/RIKEN, QuantWare · G2 G3 G4

Рёбра

нужно: Литография сверхпроводниковых кубитов (переходы Al/AlOx/Al, разводка из Nb, 300 mm)
альтернативы: Многокристальные модули / l-couplers (один криостат), СВЧ-оптический преобразователь (полезной эффективности)
° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Не используется ни одной зарегистрированной машиной

Иллюстрации

У каждой иллюстрации — рассказ о том, что на ней, и строка авторства.

Fig. 3 — Fig. 3: Cryogenic microwave quantum link.a, Computer-aided design (CAD) model. b–d, Photographs of the 30-m-long cryogenic set-up. Dilution refriger…
A four-part figure of a 30-metre cryogenic link between two refrigerators. Panel (a) is a computer model of the whole set-up: a long horizontal tube joins dilution refrigerators A and B, each holding a superconducting qubit circuit (insets), with a central cooling unit and support stands. Panels (b)–(d) are photographs from end A, the centre and end B, showing the aluminium tube running along a basement corridor on frames. From Nature (2023), 'Loophole-free Bell inequality violation with superconducting circuits', by Simon Storz and co-authors. The waveguide inside is kept below 50 mK over the whole distance, so microwave photons can link qubits in separate cryostats. “Fig. 3 — Fig. 3: Cryogenic microwave quantum link.a, Computer-aided design (CAD) model. b–d, Photographs of the 30-m-long cryogenic set-up. Dilution refrigerators at…” by Storz et al., www.nature.com/articles/s41586-023-05885-0, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Figure 1: (a) CAD rendering of the transmon emitter/detector (TED) layout and (b) its corresponding circuit, indexed by x∈{s,m}x\{s,m\} to distingui…
A four-panel figure: a CAD rendering of a superconducting chip layout (200 µm scale bar), its circuit diagram, a measured plot of frequency against applied flux, and a block schematic of source and detector devices. It comes from the arXiv paper "Transmon Architecture for Emission and Detection of Single Microwave Photons" by Daniel L. Campbell and co-authors. It shows three coupled transmons — storage, waveguide-linked, and a flux-driven coupler between them — that release or catch single microwave photons; notice the storage transmon's frequency barely moves. “Fig. 1 — Figure 1: (a) CAD rendering of the transmon emitter/detector (TED) layout and (b) its corresponding circuit, indexed by x∈{s et al., arxiv.org/abs/2601.11378, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Figure 1: Photonic link between refrigerators. (a) Schematic of the photonic link. Felix up-converts microwave photons (ωm) to optical photons
A two-panel figure: a render, not a photograph, of two dilution refrigerators holding transducers named Felix and Albert, joined by a 1-km optical fibre, and a plot of signal transmission against link length. It comes from the arXiv paper "A kilometer photonic link connecting superconducting circuits in two dilution refrigerators" by Yiyu Zhou and co-authors. It illustrates microwave–optical transducers: microwave photons become light to cross fibre losing 0.2 dB/km instead of coaxial cable losing 1 dB/m; notice the transducer pair's −60 dB versus −140 dB for commercial modulators. “Fig. 1 — Figure 1: Photonic link between refrigerators. (a) Schematic of the photonic link. Felix up-converts microwave photons (ωm) to optical photons…” by Yiyu Zhou et al., arxiv.org/abs/2508.02444, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
ic_cryolink · слой 9 Межсоединение · центральность 11.9 · формируется · с 2020 · обновлено 2026-09-30

Криогенная СВЧ-линия связи между криостатами

Сверхпроводниковый волновод, удерживаемый ниже 50 mK по всей своей длине и переносящий бегущие фотоны 5–7 GHz или сжатые состояния между двумя независимо охлаждаемыми рефрижераторами растворения.

Вердикт. Ключевые результаты принадлежат двум группам: ETH Zürich — перенос фотонов и белловские тесты (30 m, точность (fidelity) белловской пары 80.4% при 12.5 kHz, без лазеек), TU Munich с VTT — сжатые состояния на 6.6 m. Потери сидят в разъёмных стыках, а не в волноводе, и ни одна архитектура не ставит эту технологию на критический путь отказоустойчивости.

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»).

Сверхпроводниковый волновод, охлаждённый по всей длине намного ниже температуры сверхпроводящего перехода алюминия (≈1.2 K) и переносящий бегущие фотоны ~5–7 GHz между двумя раздельно охлаждаемыми рефрижераторами растворения — а не между кристаллами внутри одного криостата. Технику ввела группа Wallraff в ETH Zürich в 2020 г.: 5 m, перенос состояния 85.8%, удалённые белловские пары 79.5% D[772]. На 30-метровом преемнике в 2023 г. поставлен первый сверхпроводниковый белловский тест без лазеек D[305]; статья 2026 г. документирует его как воспроизводимую модульную сборку D[773]. Единственную независимую вторую линию ведёт TU Munich совместно с VTT, передавая сжатые гауссовы состояния на 6.6 m D[774]. Атрибуты: d = дальняя межкриостатная связность, единственная запись слоя, охватывающая разные рефрижераторы; e/f/g = милликельвиновое СВЧ-возбуждение в обоих рефрижераторах, потери и когерентная фаза вместо паулиевских ошибок, сверхпроводниковая литография с разъёмными интерфейсами (запись графа технологий).

Ограничивает не волновод: затухание α < 1 dB/km, менее 0.03 dB на всех 30 m — та же самая величина в статьях 2023 и 2026 гг. D[305], [773]. Тем не менее сквозные потери при переносе фотона составляют 0.55–0.65 dB (12–14%), и статья 2026 г. относит их к интерфейсам между модулями, а не к самой линии D[773]: каждый из 26 разъёмных стыков стоит части пропускания.

Второе — тепловое заселение. На 5.6 GHz фотон эквивалентен 0.27 K, поэтому канал при 50 mK содержит 4.6×10⁻³ остаточных фотонов, тогда как центр канала при 1 K, где Munich/VTT ещё разрешали запутанность, содержит ≈3.3 D[774]. Перенос фоковских состояний деградирует примерно линейно по этому заселению; гауссовы сжатые состояния его терпят, поэтому сжатие — более дешёвый носитель для удлинения линии. Третье — фаза: двум механически независимым криостатам нужна общая опора, и ни один источник не даёт количественной оценки остаточного фазового шума — того самого члена, который ограничивал бы линию с ретрансляцией. Что сдвигает нижнюю границу: сварные или bump-bonded соединения вместо разъёмных фланцев.

Доминируют потери на интерфейсах — примерно в 20× больше собственного вклада волновода D[773]; по состоянию на 2026-09-04 нет ни цепочечной линии (≥3 рефрижераторов), ни прогона линии во время исполнения вентилей, ни независимого воспроизведения 30 m.

Каждая линия делается на заказ. Сборка ETH длиной 30 m — это 26 модулей плюс два узла и центральный блок охлаждения, удерживающий ступень 4 K ниже 6 K по всему пролёту; итерации замедляет не точность, а 6.5-суточное охлаждение, а моделирование даёт один блок охлаждения на ~15 m вплоть до 120 m D[773]S[773]. Базовые криостаты приходят с концентрированного рынка: Bluefors закрыла поглощение Cryomech (криоохладители на пульсирующей трубе и по циклу Gifford-McMahon) 2023-03-28, что дало ~600 сотрудников и выручку свыше EUR 160 M C[524]; ULVAC — японский третий источник, созданный при участии IBM C[525]факт. Экспортная уязвимость унаследованная: ECCN 3A904 (BIS, 2024-09-06) охватывает рефрижераторы, удерживающие ≥600 µW при 0.1 K в течение 48 h; ни один ECCN линию связи не называет G[301]факт.

Каждая попытка требует перестраиваемого по потоку элемента связи на обоих концах и СВЧ-источников, фазово синхронизированных между двумя криостатами. Белловский тест 2023 г. несёт самое жёсткое в этом отчёте ограничение реального времени: разнос 32.824 m оставляет окно 109 ns, внутри которого должны уложиться выбор базиса, вентиль, считывание и запись D[305]. Частота повторения 12.5 kHz — 80 µs на попытку — задаётся сбросом и формированием импульсов, а не временем распространения. Для 10³–10⁶ кубитов не опубликовано ничего; связывающие величины — число криогенных установок и независимые фазовые опоры.

Единственная архитектура — сверхпроводниковый трансмон (Google, IBM, Rigetti, IQM, OQC, USTC/Zhejiang, Fujitsu); технология требует литографии сверхпроводниковых кубитов. Она конкурирует с модульностью внутри одного рефрижератора — IBM в 2026-08 связала две криогенные ячейки, l-couplers «масштаба одного метра», без кубитов и без заявленной точности C[50]факт — и с СВЧ-оптическим преобразованием, у которого лучшая полная эффективность 47% и нет ни одного результата с η > ½ при добавленном шуме меньше единицы P[775]факт. Производный такт: 80 µs на попытку запутывания (2 знач. цифры) против цикла поверхностного кода 1.1 µs — в ~73 раза медленнее, меньше двух порядков. Соседний пустой слот: криогенный СВЧ-коммутатор, без которого N рефрижераторов требуют N(N−1)/2 волноводов.

Нарушение CHSH без лазеек с пространственноподобно разнесёнными измерениями является device-independent, а не томографическим, — необычно сильная верификация для этого слоя D[305]. Munich опирается на гомодинную томографию D[774]; эти два результата несопоставимы, ни один не воспроизведён, и оба получены при простаивающих локальных процессорах. Расхождение: эффективность переноса 75–79% из записи графа технологий не следует из одних лишь 0.55–0.65 dB (что даёт 86–88%).

Не опубликовано: остаточный фазовый шум между двумя криостатами.

Кто.
| Организация | Роль | Страна | Что именно делает с технологией | Свидетельство |
|---|---|---|---|---|
| ETH Zürich | Исследования | Швейцария | Построила линии 5 m, 30 m и модульную; ей принадлежат ключевые результаты по переносу фотонов и белловским тестам | D[305], [772], [773] |
| TU Munich | Исследования | Германия | Линия 6.6 m на сжатых состояниях вместе с VTT — независимая вторая линия со своим ключевым результатом | D[774] |
| Bluefors | Поставщик | Финляндия | Поставщик рефрижераторов и криоохладителей; KIDE — конкурирующий путь | C[303]факт |
| ULVAC Cryogenics | Поставщик | Япония | Рефрижератор на ~10 mK при участии IBM, испытан в Poughkeepsie | C[525]факт |
| IBM | Разработчик | США | Ведёт конкурирующее направление модульной криогеники внутри рефрижератора | C[50]факт |

Деньги. 2023-03-28 · Bluefors · M&A (Cryomech) · сумма не раскрыта · совокупная выручка > EUR 160 M · закрыто C[524]. 2024-09-06 · US BIS · правило по ECCN 3A904 · н/п · в силе G[301]. 2025-03-20 · ULVAC · программа рефрижератора на ~10 mK совместно с IBM · сумма не раскрыта · срок «начало 2026» прошёл, поставка по состоянию на 2026-09-30 не подтверждена C[525]. Ни раунда, ни гранта, ни поглощения, относящихся именно к межрефрижераторной линии, по состоянию на 2026-09-04 не существует.

Рынок и цепочка поставок. Рынка линий не существует — есть только рынок рефрижераторов, на котором линия потребляет две единицы вместо одной; вторым рыночным источником выступает Oxford Instruments C[525]. Bluefors вместе с Cryomech поставляет ступень растворения и стоящие под ней пульсирующие трубы, и альтернативы в таком объёме нет C[524]. Прямо оплачивается цель G6 (сети); G4 оплачивается лишь тогда, когда исчерпан бюджет линий криостата, — отодвинуть этот момент и призваны >4 000 РЧ-линий в KIDE C[303]факт.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Патентного семейства именно по межкриостатным СВЧ-линиям нет ни в одной названной базе, и нет органа по стандартизации, занимающегося криогенными СВЧ-интерфейсами, — датированных фактов не найдено; геометрия модулей опубликована открыто D[773].

Дорожные карты и послужной список. ETH Zürich: (2023-05 · белловский тест на 30 m · выполнено); (2026-04 · 120 m за счёт блоков охлаждения через ~15 m · только моделирование) S[773]. ULVAC/IBM: (2025-03 · рефрижератор «начало 2026» · срок прошёл, не подтверждено по состоянию на 2026-09-30) C[525]. IBM: (2026-08 · две связанные ячейки · выполнено, кубитов в них нет) C[50]. ETH выполнила каждую объявленную веху; графики обоих поставщиков не проверены.

Стратегическое прочтение. Если это заработает, стоимость улавливают поставщики криостатов, а не производитель QPU. Если не заработает, ничего не сломается: каждая опубликованная сверхпроводниковая дорожная карта сначала масштабируется внутри одного криостата. Замещение идёт в обе стороны: l-couplers снимают потребность ниже ~1 000 кубитов на ячейку C[50], СВЧ-оптическое преобразование снимает ограничение по расстоянию выше этого порога. Независимого поставщика линий, с которым можно было бы торговаться, не существует.

Фальсифицируемо (12–24 месяца): подтвердить, если до конца 2027 г. какая-либо группа опубликует цепочечную линию из трёх криостатов либо прогон 30-метровой линии при исполнении вентилей на обоих процессорах; понизить, если к тому же сроку потери на интерфейсах не опустятся ниже 0.3 dB. В лучшем случае к 2029 г.: эффективность на один переход выше 90% и архитектура, которой нужны два рефрижератора. В худшем случае: внутрикриостатная модульность поглощает весь рост вплоть до 2030 г., и технология остаётся инструментом для белловских тестов. Открытые вопросы: остаточный межкриостатный фазовый шум; можно ли сделать стыки неразъёмными, сохранив ремонтопригодность; построит ли кто-нибудь криогенный СВЧ-коммутатор. За чем следить: продолжения работ ETH, первые связанные ячейки IBM с кубитами внутри.

Литература