← Quantum Technology AtlasТехнологии · Машины · Архитектуры · ОрганизацииEnglishעברית

Дисперсионное СВЧ-считывание (+TWPA, фильтр Парселла) ro_disp

Состояние кубита читается как дисперсионный сдвиг связанного резонатора; сигнал фильтруется на кристалле фильтром Парселла и усиливается вблизи квантового предела ещё до HEMT.

Дисперсионное СВЧ-считывание (+TWPA, фильтр Парселла)

ro_disp · слой 6 Считывание · продемонстрировано · с 2005
Открыть на карте

Сдвиг резонатора, читаемый через параметрический усилитель; импульс 240 ns при 99.94% (IQM); скрытая цена — утечка, наведённая считыванием.

Обзор →

Ключевые источники

[591] A. Wallraff et al., “Strong coupling of a single photon to a superconducting qubit using c… · 2004
[1] Google Quantum AI and Collaborators, “Quantum error correction below the surface code thre… · 2024
[38] F. Marxer et al., “Above 99.9% Fidelity Single-Qubit Gates, Two-Qubit Gates, and Readout i… · 2026
[84] N. Mehta et al., “An entangling gate for dual-rail erasure qubits,” Nature, vol. 656, no. … · 2026
[33] IBM, “IBM Quantum Computing — Hardware and roadmap.” [Online]. Available: https://www.ibm.…

Пространство проектирования — атрибуты

(a) сродство носителя
искусственный
(b) время · запутывание
—
(c) считывание
дисперсионное СВЧ · 282 ns · неразрушающее · внутрисхемное
(d) подвижность
—
(e) управление
СВЧ @ комнатная
(f) структура ошибки
утечка
(g) производство
литография сверхпроводниковых схем

Пространство оценки — датированные атрибуты

readout pulse / fidelity (IQM) → 240 ns pulse (≈280 ns full window) / 99.94% simultaneous assignment; QNDness 99.3%
определяет: такт (время цикла) · 2025-09 · источник
at-scale readout error → ~1×10⁻² (fleet)
определяет: канал ошибок · 2025-08 · источник

Стандартные рекорды

время сброса/инициализации → 160 ns · типичное
Google surface code: 'Cycle duration is 921 ns, including 500 ns measurement and 160 ns reset' (measure-qubit multi-level reset) · 2022-07 · источник [D] ⓘ
время сброса/инициализации → 25 ns · лучшее
IBM Nighthawk r2: activating the reset coupler pulls effective T1 from ~200 us median 'down to roughly 25 nanoseconds' · 2026-08 · источник [C] ⓘ
ошибка сброса → 2.00e-3 · лучшее
Unconditional all-microwave reset via |f0>-|g1> transfer to the resonator: <500 ns, 0.2% residual excitation · 2018-01 · источник [D] ⓘ
ошибка SPAM → 7.70e-3 · типичное
Willow 105-q QEC chip: measurement error 0.77% +/- 0.21% (repetitive, measure qubits); RCS chip 0.67% +/- 0.51% (terminal) · 2024-12 · источник [C] ⓘ
ошибка SPAM → 6.00e-4 · лучшее
IQM, 240 ns readout pulse with |f>-shelving + TWPA: simultaneous assignment fidelity 'above 99.94%' for both qubits · 2025-08 · источник [D] ⓘ
точность неразрушающего измерения (QND) / выживание → 0.993 · лучшее
IQM: 'QNDness 99.3% for both qubits', measured without the shelving gate · 2025-08 · источник [D] ⓘ

Участники и цели — аннотации

Решётка трансмонов с перестраиваемыми элементами связи — IBM (Heron, Nighthawk), Google (Willow), Rigetti, IQM, OQC, USTC/Zhejiang, Fujitsu/RIKEN, QuantWare · G2 G3 G4
Бозонные кубиты в резонаторах — кошачьи кубиты и GKP — Alice & Bob, AWS, Nord Quantique · G3 G4
Двухрельсовые кубиты со стираниями (альтернатива) — D-Wave/QCI, AWS, SUSTech · G3 G4
Квантовый отжигатель — потоковые кубиты (альтернатива) — D-Wave · G1 G5

Рёбра

нужно: Трансмон°, Бозонная мода резонатора°, Флаксониум°, Потоковый кубит на ВЧ-СКВИДе (отжигатель)°
нужен для: Быстрый безусловный / диссипативный сброс кубита, Считывание потока через QFP / СКВИД и сдвиговые регистры (отжигатели)
° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Используют 89 машин (80 основная · 9 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 — Fig. 1: (a) Cross-sectional view at AA’ plane in (f) (not to scale), illustrating the chip stack-up and the coupling section between readout resonat…
Figure of a two-chip (flip-chip) superconducting device. Top left, a cross-section drawing (not to scale) of top and bottom chips joined by indium bumps; bottom left, a false-coloured micrograph through the bonded pair showing the feedline, eight meandered readout resonators, two spiral Purcell-filter resonators, bump grid and SU-8 spacers (1 mm scale bars); right, a 3D model with the top chip flipped open and close-ups of the coupling sections. From arXiv 2603.16693 by Zhen Luo, Amelie Hagelauer and co-authors; the chip label reads BPF_DEMO_V1, 2025.04.16. A Purcell filter passes readout signals but stops qubit energy leaking out; here readout and filter circuits are split between the two bump-bonded chips. “Fig. 1 — Fig. 1: (a) Cross-sectional view at AA’ plane in (f) (not to scale), illustrating the chip stack-up and the coupling section between readout resonator and…” by Zhen Luo et al., arxiv.org/abs/2603.16693, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 2 — Fig. 2: Characteristics of qubit-specific single-shot readout traces. Panels (a-e) show the state discrimination of integrated single-shot traces fo…
Data plots: five scatter plots in the I-Q plane of single-shot readout signals from five superconducting qubits, with red and blue clouds marking the inferred ground and excited states, plus a 5x5 cross-fidelity matrix. From "Low-latency machine learning FPGA accelerator for multi-qubit-state discrimination" by Pradeep Kumar Gautam et al. It shows the task of dispersive microwave readout: telling two noisy clouds apart. Notice qubits 1 and 5 separate cleanly while qubit 2 overlaps almost completely (fidelity 0.43), the hard cases a better discriminator must handle. “Fig. 2 — Fig. 2: Characteristics of qubit-specific single-shot readout traces. Panels (a-e) show the state discrimination of integrated single-shot traces for all five…” by Pradeep Kumar Gautam et al., arxiv.org/abs/2407.03852, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Fig. 1: Block diagram of a superconducting quantum processor interfacing with an FPGA system for qubit control and readout. The FPGA is part of the…
A block diagram (drawing, not a photograph): an FPGA with a neural-network accelerator, the RFSoC converters (RF-DAC at 6 GSPS, RF-ADC at 4 GSPS), and a five-qubit superconducting chip with readout resonators and a TWPA amplifier inside a dilution refrigerator. It comes from Gautam, Kalipatnapu, Thakur and co-authors, paper "Low-latency machine learning FPGA accelerator for multi-qubit-state discrimination"; the FPGA sits on a ZCU111 RFSoC evaluation kit. It traces the dispersive readout chain: pulses probe each resonator, and the returned I/Q signal is classified by a neural network. “Fig. 1 — Fig. 1: Block diagram of a superconducting quantum processor interfacing with an FPGA system for qubit control and readout. The FPGA is part of the ZCU111…” by Pradeep Kumar Gautam et al., arxiv.org/abs/2407.03852, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
ro_disp · слой 6 Считывание · центральность 10.4 · продемонстрировано · с 2005 · обновлено 2026-09-30

Дисперсионное СВЧ-считывание (+TWPA, фильтр Парселла)

Состояние кубита читается как дисперсионный сдвиг связанного резонатора; сигнал фильтруется на кристалле фильтром Парселла и усиливается вблизи квантового предела ещё до HEMT.

Вердикт. Фальсифицируемо — точность отнесения (assignment fidelity) уже равна 99.94%, поэтому если ошибка считывания по парку систем и в 2027 г. останется около 1%, то связывающим членом будут индуцированная измерением утечка и нарушение QND, а не шум усилителя.

Ключевые источники

Λ = коэффициент подавления ошибки 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

Резонатор, связанный вне резонанса (связь g, расстройка Δ ≫ g), приобретает зависящий от состояния сдвиг χ ≈ g²/Δ, поэтому пробный тон несёт информацию о состоянии в своей фазе, не обмениваясь квантами с кубитом, — неразрушающее измерение по построению. Wallraff с коллегами в Yale закрепили это как канал считывания схемной КЭД D[591]. Пригодным к работе метод делают две добавки: фильтр Парселла на кристалле, пропускающий пробный тон и одновременно блокирующий излучение кубита в ту же линию, и параметрический усилитель вблизи квантового предела перед HEMT.
Атрибуты: сродство к носителю a = 1.0, полностью искусственный. Считывание ~10⁻⁶·⁵⁵ s (≈280 ns), неразрушающее, с возможностью внутрисхемного измерения.

Физика и пределы

Для разделения состояний нужно фиксированное число сигнальных фотонов на входе усилителя, поэтому время считывания падает с ростом мощности пробного тона и растёт с шумом тракта. Джозефсоновский усилитель бегущей волны, дающий 12 dB в полосе 4 GHz вблизи квантового предела D[592], снимает шумовой штраф HEMT, так что предел определяет не усилитель. Предел определяет то, что жёсткое зондирование делает с самим кубитом: выше критического числа фотонов одетая система испытывает индуцированные измерением переходы из вычислительного подпространства, и код наследует утечку (leakage) — без оповещения (unheralded), «липкую», коррелированную во времени, а не паулиевский переворот. Устройство IQM показывает этот раскол: 99.94% точности отнесения при одновременном считывании, импульс 240 ns с укладкой населённости на второй возбуждённый уровень — и при этом QND-характер (QNDness) — мера того, насколько считывание является неразрушающим измерением (QND), — всего 99.3% D[38]. Ошибка отнесения равна 6×10⁻⁴; вероятность того, что кубит не останется в сообщённом состоянии, на порядок больше — и именно её потребляет извлечение синдрома. Ширина линии фильтра Парселла покупает скорость, но, будучи расширенной, снова открывает тот канал излучения, ради закрытия которого фильтр и существует. Что сдвигает предел: различение без укладки на вспомогательный уровень, изоляция на кристалле и кодировки, превращающие неудавшееся измерение в стирание (erasure) с оповещением.

Достигнутый инженерный уровень

таблица
Год Показатель Кто Тег+ключ
2024-12 Willow, 105 q: считывание 99.5%, цикл коррекции ошибок 1.1 µs Google D[1]
2025-08 99.94% при одновременном считывании, импульс 240 ns, QND-характер 99.3% IQM D[38]
2026-08 Считывание двухрельсового резонатора: SPAM ≈0.02%, стирание ≈0.5% на вентиль Quantum Circuits D[84]
2026-07 Ошибка считывания по парку систем ~1×10⁻² IBM C[33]

Суть в разбросе: 6×10⁻⁴ на охарактеризованной паре, 5×10⁻³ на 105 кубитах, ~10⁻² по парку систем D[38]D[1]C[33]; Zuchongzhi 3.0 считывается на уровне 99.13% D[35]. На масштабе считывание — крупнейший одноканальный член ошибки, больший, чем двухкубитные вентили, и притом тот, чьё значение по парку систем почти не сдвинулось за два года.

Производство, материалы и цепочка поставок

На кристалле дополнительного процесса нет: резонатор и фильтр Парселла формируются той же литографией, что и сам кубит, а платой служат площадь и частотное планирование — каждому кубиту на общей питающей линии нужна отдельная резонаторная частота в полосе усилителя. Вне кристалла тракт — изоляторы, циркуляторы, параметрический усилитель, HEMT — это самое габаритное железо в криостате и именно то место, где возник коммерческий рынок: Silent Waves (Grenoble) продаёт Argo, Carthago и Zephyr, последний выпущен 2026-03-13, компаниям Rigetti, Alice & Bob, Qilimanjaro, QphoX и CEA C[593]; QuantWare продаёт TWPA Crescendo C[594]; QuantumCore разрабатывает свой совместно с Institute for Quantum Computing P[595]. Экспортная уязвимость прямая: ECCN 3A901, действующий с 2024-09-06, покрывает электронику для температур ниже 4.5 K и прямо называет параметрические усилители, так что TWPA контролируется сам по себе G[301].

Управление, считывание и нагрузка на ввод-вывод

Каждый кубит потребляет резонатор, долю питающей линии (по восемь-десять кубитов, мультиплексированных на линию), долю динамического диапазона одного усилителя и канал оцифровщика с различением в реальном времени. Усилитель — то ограничение масштабирования, по которому никто не опубликовал ни одной цифры: насыщение TWPA ограничивает число одновременных тонов на прибор, а каждой питающей линии нужен собственный стек изоляторов — то есть объём, а не кремний. Приборостроение подтянулось (более 1 000 каналов на стойку C[526]), но бюджет задаётся ниже по тракту: декодер Google, работающий в реальном времени, показал задержку 63 µs при d=5 против цикла в 1.1 µs D[1], так что петлю определяют считывание плюс декодирование. При 10⁶ тракт придётся уводить в холод, а криогенный оцифровщик пока не продемонстрирован дальше горстки кубитов.

Роль в стеке

Узел обслуживает все архитектуры сверхпроводникового семейства: трансмоны, бозонные кошачьи коды и кодировки Готтесмана–Китаева–Прескилла (GKP), двухрельсовые кубиты со стиранием, а также тот же самый тракт в системах квантового отжига. Он требует дисперсионного сдвига трансмона, а для бозонных кодов — анциллы, опосредующей измерение резонатора, и даёт то внутрисхемное неразрушающее измерение, которое предполагает здесь любая схема коррекции ошибок; замены ему внутри семейства нет. Вклад в такт прямой: производный такт = сумма раунда синдрома: слои вентилей + транспорт + считывание + сброс составляет 0.65 µs, из которых на считывание приходится 0.28 µs — наибольший член, против ~0.048 µs на слой вентилей D[1]D[38], — внутри измеренного цикла 1.1 µs. Соседнего пустого слота в графе технологий нет.

Свидетельства — как измерены числа

Под именем «точность считывания» ходят три разные величины, и они не взаимозаменяемы: точность отнесения, QND-характер (кубит остаётся в том состоянии, о котором сообщено) и ошибка приготовления и измерения (SPAM). Ключевые 99.94% — это точность отнесения при одновременном считывании с укладкой на вспомогательный уровень; QND-характер на том же устройстве равен 99.3% D[38]. Парковая цифра IBM ~10⁻² не разложена на шум усилителя, распад, ограниченный эффектом Парселла, и индуцированные измерением переходы C[33]. Конфликт значений: в записи графа технологий приведено считывание 280 ns, в препринте — импульс 240 ns, поэтому ~280 ns следует читать как полное окно. Ни одна независимая лаборатория результат 99.94% не воспроизвела.

Не опубликовано: именованное патентное семейство по TWPA или фильтру Парселла с правообладателем и годом выдачи; выход годных по TWPA, стоимость единицы или число мультиплексированных тонов, которое один усилитель выдерживает до компрессии, — ни у одного поставщика; и QND-характер в среднем по парку систем — ни у одного вендора.

Участники и экономика

Кто.
| Организация | Роль | Страна | Что именно делает с технологией | Свидетельство |
|---|---|---|---|---|
| IQM | разработчик | Финляндия | Рекорд считывания: 99.94% с укладкой на вспомогательный уровень, QND-характер 99.3% | D[38] |
| Google | разработчик | США | Считывание 99.5% по 105 кубитам в цикле 1.1 µs | D[1] |
| IBM | разработчик | США | Публикует единственную ошибку считывания по парку систем на масштабе, ~10⁻² | C[33] |
| Silent Waves | поставщик | Франция | Коммерческий производитель TWPA, три серийных продукта | C[593] |
| QuantumCore | поставщик | Канада | Разработка TWPA совместно с IQC Waterloo | P[595] |

Деньги.

  • 2026-05-05 · QuantWare · раунд серии B · $178 M (€152 M) · Intel Capital, In-Q-Tel, ETF Partners · раунд закрыт C[547]факт
  • 2026-04-25 · QuantumCore · листинг (CSE: QNCR, 2026-04-14) плюс грант NSERC Alliance · привлечено $10.7 M, грант $1.7 M · NSERC/IQC · закрыто P[595]
  • 2026-01 · D-Wave · M&A (Quantum Circuits) · $550 M · — · объявлено C[84]

Рынок и цепочка поставок. Этот узел покупает тракт, а не чип: изоляторы и циркуляторы, HEMT, параметрический усилитель. Рынок TWPA тонок — три небольших коммерческих поставщика против собственных разработок Google и IBM, — поэтому уход одного игрока здесь значит больше, чем где-либо ещё, а сами компоненты подпадают под экспортный контроль G[301]. За этот узел платят G2 и G3; приборы покупает G7.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Патентного семейства по TWPA или фильтру Парселла с названным правообладателем и годом выдачи не найдено; усилитель-изолятор Silent Waves из Nature Electronics 2025 г. — опубликованная конструкция, а не выданный патент C[593]. Судебных разбирательств не выявлено, и ни один орган по стандартизации не определяет, как отчитываться о точности считывания, — отсюда и три числа, цитируемые как взаимозаменяемые.

Дорожные карты и послужной список. Silent Waves: три продукта с названными заказчиками (Zephyr обещан и выпущен 2026-03-13) C[593] — самый достоверный послужной список в этом узле. QuantumCore: объявлена 2026-04-25, слишком недавно для оценки P[595]. Ни один поставщик платформ не публикует цель по считыванию в среднем по парку систем отдельно от точности лучшего устройства — заметное умолчание там, где считывание является крупнейшим членом ошибки по парку.

Стратегическое прочтение. Это общее узкое место: четыре архитектуры зависят от одного и того же железа усиления и изоляции, поэтому риск концентрации здесь системный — в отличие от выбора кубитного чипа. Если считывание по парку систем останется около 10⁻², Λ встанет независимо от того, что делают вентили, поскольку извлечение синдрома наследует ошибку измерения; это аргумент в пользу кодировок в стиле стирания, делающих неудавшееся измерение событием с оповещением. Выигрывают: коммерческие поставщики усилителей и тот поставщик, который решит задачу QND, а не отнесения. Переговорная сила остаётся у поставщиков платформ, хотя экспортное лицензирование даёт регуляторам рычаг.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить или понизить в течение 12–24 месяцев: опубликует ли хоть один поставщик QND-характер в среднем по парку систем; опустится ли ошибка считывания по парку ниже 5×10⁻³. В лучшем случае к 2029 г.: различение без укладки на вспомогательный уровень и изоляция на кристалле доводят ошибку считывания по парку до величины порядка 10⁻³, не замедляя цикл. В худшем случае: индуцированная измерением утечка удерживает QND-характер около 99.3% независимо от усилителя, и считывание остаётся тем членом, который ограничивает Λ. Открытые вопросы: как раскладывается парковый 1%; сколько тонов несёт один TWPA до наступления компрессии.

Литература
  1. [1] Google Quantum AI and Collaborators, “Quantum error correction below the surface code threshold,” Nature, vol. 638, no. 8052, pp. 920–926, Dec. 2024, doi: 10.1038/s41586-024-08449-y. [D]
  2. [33] IBM, “IBM Quantum Computing — Hardware and roadmap.” [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/hardware [C]
  3. [35] D. Gao et al., “Establishing a New Benchmark in Quantum Computational Advantage with 105-qubit Zuchongzhi 3.0 Processor,” Phys. Rev. Lett., vol. 134, Art. no. 090601, Mar. 2025, doi: 10.1103/PhysRevLett.134.090601. arXiv:2412.11924. [D]
  4. [38] F. Marxer et al., “Above 99.9% Fidelity Single-Qubit Gates, Two-Qubit Gates, and Readout in a Single Superconducting Quantum Device,” PRX Quantum, vol. 7, Art. no. 020333, 2026, doi: 10.1103/n86s-2b88. arXiv:2508.16437. [D]
  5. [84] N. Mehta et al., “An entangling gate for dual-rail erasure qubits,” Nature, vol. 656, no. 8126, pp. 47–53, Aug. 2026, doi: 10.1038/s41586-026-10822-y. arXiv:2503.10935. [D]
  6. [301] US Department of Commerce, Bureau of Industry and Security, “Commerce Control List Additions and Revisions; Implementation of Controls on Advanced Technologies Consistent With Controls Implemented by International Partners,” Federal Register, vol. 89, p. 72926, Sep. 6, 2024. [Online]. Available: https://www.federalregister.gov/documents/2024/09/06/2024-19633/commerce-control-list-additions-and-revisions-implementation-of-controls-on-advanced-technologies [G]
  7. [526] Zurich Instruments, “Zurich Instruments Launches the ZQCS Quantum Control System to Master the Long-Lived Logical Qubit Challenge,” Mar. 9, 2026. [Online]. Available: https://www.zhinst.com/americas/en/news/zurich-instruments-launches-zqcs-quantum-control-system-master-long-lived-logical-qubit/ [C]
  8. [547] QuantWare, “QuantWare Raises $178 Million to Build World’s Most Powerful Quantum Processors at an Industrial Scale,” May 5, 2026. [Online]. Available: https://quantware.com/news/quantware-raises-178-million [C]
  9. [591] A. Wallraff et al., “Strong coupling of a single photon to a superconducting qubit using circuit quantum electrodynamics,” Nature, vol. 431, no. 7005, pp. 162–167, Sep. 2004, doi: 10.1038/nature02851. arXiv:cond-mat/0407325. [D]
  10. [592] T. C. White et al., “Traveling wave parametric amplifier with Josephson junctions using minimal resonator phase matching,” arXiv:1503.04364, Mar. 2015. [D]
  11. [593] Silent Waves, “Silent Waves - Traveling-Wave Parametric Amplifiers (TWPAs),” Mar. 13, 2026. [Online]. Available: https://www.silent-waves.com/ [C]
  12. [594] QuantWare, “Peripherals — Crescendo TWPA,” 2026. [Online]. Available: https://quantware.com/product/peripherals [C]
  13. [595] D. Finke, “QuantumCore Secures $1.7M NSERC Grant to Advance Superconducting Amplifiers,” Quantum Computing Report, Apr. 25, 2026. [Online]. Available: https://quantumcomputingreport.com/quantumcore-partners-with-iqc-and-nserc-in-1-7m-traveling-wave-parametric-amplifier-twpa-development-initiative/ [P]

Общие факты, процитированные выше: факт, факт.