Гомодинное детектирование квадратур (непрерывные переменные) ro_homodyne

Слабая сигнальная мода и сильный LO встречаются на светоделителе 50:50; вычитание двух фототоков подавляет классический шум LO и оставляет сигнал, пропорциональный квадратуре x̂_θ = x̂ cos θ + p̂ sin θ, где θ задаётся фазой LO. Гетеродинное детектирование измеряет сразу две сопряжённые квадратуры ценой одной дополнительной единицы вакуумного шума. Вычислительным считыванием гомодин стал, когда кластерные состояния на непрерывных переменных с временным мультиплексированием начали считывать мода за модой — Tokyo D[635] и DTU D[636], обе работы 2019 г., — а на чипы он переместился в Aurora от Xanadu D[173].
Атрибуты: разрушающее, но внутрисхемное (в MBQC угол измерения и есть вентиль); ~10⁻⁶ s на измерение при такте 1 MHz; электрооптическое управление при комнатной температуре; ошибки гауссова шума; изготовление фотонных ИС.

Эффективность η действует как потеря перед идеальным детектором: дисперсия V регистрируется как ηV + (1−η) в вакуумных единицах, поэтому для наблюдения 10 dB сжатия нужно η > 0.90 даже при бесконечном входном сжатии S. Для состояний GKP перемасштабирование на 1/√η превращает неэффективность в гауссово смещение с дисперсией (1−η)/η: η = 0.99 добавляет 0.010 — десятую часть от 0.106, которые допускает целевой уровень Атласа ~9.75 dB (~0.4 dB); одно лишь η = 0.95 опускает 9.75 dB до 8.0 dB S. Запас над электронным шумом C dB эквивалентен эффективности 1 − 10^(−C/10): 20 dB стоят 1 %, 28 dB — 0.16 % S. Фазовый джиттер LO δθ подмешивает антисжатую квадратуру, V ≈ V_sq + V_anti·δθ²; при антисжатии 15 dB 1° rms стоит столько же, сколько 1 % неэффективности S. Полоса должна превышать обратную длительность моды — 40-ns бины в Tokyo лежали под детекторами на ~100 MHz D[635]. Исход измерения GKP округляется к ближайшему кратному √π, а его чётность считывается как логическое значение; q̂, p̂ и q̂+p̂ реализуют Z, X и Y, а расстояние до края бина может служить весом для внешнего декодера S[637].

Скорость решена с запасом на три порядка сверх необходимого; эффективность — нет. Единственный чип «генерация плюс детектирование» достигает 72 % D[641], а Aurora не указывает для своих каналов ни эффективности, ни полосы, ни запаса над шумом D[173]. Предусиление OPA обходит детектор: эквивалентная потеря после усилителя падает с 92.4 % до 0.4 % D[640]. Доминирующий член: потери выше по тракту — ~56 % в оповещающих (heralding) путях Aurora и более 95 % в её путях с оповещением при бюджетах ~1 % D[173].

Массив QPU Aurora — это пять модулей на 300 mm кремниево-фотонной платформе AIM Photonics — волноводы SiN и Si, германиевые фотодиоды, модуляторы на обеднении носителей, — причём огибающую LO формирует модулятор Exail MXIQER-LN-30 D[173]. Сжатию нужны волноводы с малыми потерями, детектированию — сильное поглощение; Virginia объединил то и другое на одном чипе с помощью гетерогенной интеграции фотодиодов D[641]. Полоса — это ёмкость фотодиода против усилителя: SiGe-электроника в Bristol D[638], TIA на GaAs pHEMT в Ghent D[639]. Компоненты — стандартные изделия когерентной телекоммуникации; приёмник Tokyo — фотодиод для 5G D[640].

Каждый канал — это пара фотодиодов, TIA, АЦП (ADC), тракт LO с управляемой фазой и звено прямой связи (feed-forward), срабатывающее в пределах одного такта. В Aurora опорный лазер несёт фазу, стабилизирующую углы измерения, а контроллер, получающий информацию от алгоритма и декодера, выбирает базисы в каждом цикле с прямой связью за один такт D[173]; DTU стабилизировал свои LO методом демодуляции на переменном токе D[636]. Приёмники работают при комнатной температуре; оповещение 36 PNR-детекторами Aurora — отдельная цепочка D[173]. Число каналов растёт линейно с числом мод за такт — 12 в Aurora; на 10³–10⁴ доминирует бюджет АЦП и прямой связи, а не оптика S.

Слот считывания на архитектуре «Фотоника на непрерывных переменных — GKP» рядом с однофотонной регистрацией. Технология требует источника сжатого света (квадратуры, которую надо измерять) и электрооптического управления (фаза LO); ребра обеспечивает вниз по стеку у неё нет; однофотонная регистрация заменяет её везде, где фотоны считаются поштучно. Реестр пробелов (G-homodyne) создал эту технологию, потому что счёт фотонов сверхпроводниковыми однофотонными детекторами (SNSPD) или TES даёт машине на непрерывных переменных оповещение, но не вычисляет; Aurora подтверждает это исправление D[173], тогда как подготовка GKP по-прежнему сопровождается оповещением PNR-детекторами с заявленной эффективностью выше 99 % P[642]. Реестр: Aurora — основная, ячейка ✅. Borealis эту технологию не несёт: её 216 сжатых мод проходят через демультиплексор 1-к-16 на TES PNR-детекторы с эффективностью 95 %, гомодин не упомянут D[270].

Приёмники аттестуют по линейности дробового шума, запасу над электронным шумом и калибровке эффективности по сжатому свету; системы — по дисперсиям нуллификаторов ниже границы запутывания −3 dB; у DTU ниже неё были все 1 500 D[636]. Такие цифры включают детектирование, как нескорректированные 5.2 dB на 43 GHz D[640]; сжатие с поправкой на потери и эффективное сжатие GKP — 0.62 dB для интегрального источника Xanadu в записи Атласа D[174] — это другие величины. Пороги зависят от архитектуры: статической линейной оптике без потерь нужно 10.1 dB, если все моды GKP, и 13.6 dB при одной на макроузел S[637]. По состоянию на 2026-09-26 Aurora сообщает потери путей, но не эффективность каждого канала, запас над шумом или фазовый шум D[173].

У целевого значения ~9.75 dB нет первичного источника; Tzitrin et al. дают 10.1 dB, 13.6 dB или ~10 dB в зависимости от архитектуры. Текст DTU 2019 г. на arXiv приводит гомодинную эффективность лишь ссылкой на более раннюю работу. Не опубликовано: полоса гомодинного детектирования и задержка прямой связи у Aurora.

Деньги. Ни одной датированной финансовой позиции, специфичной для гомодинного считывания, не найдено по состоянию на 2026-09-26.

Рынок и цепочка поставок. Открытого рынка вычислительных приёмников нет; компоненты общие с распределением ключей на непрерывных переменных и генерацией случайных чисел D[639]. Работает на G4 и G6; сэмплер G1 обходится без него.

Интеллектуальная собственность и стандарты. По состоянию на 2026-09-26 нет ни стандарта для отчётности по гомодинной эффективности или запасу над шумом, ни датированного подсчёта патентов, специфичных для этой технологии.

Дорожные карты и послужной список. Ни один разработчик не опубликовал датированной цели по гомодину по состоянию на 2026-09-26. 35 чипов Aurora и 86.4 млрд мод за 2 h — результат по масштабу, а не по качеству считывания D[173].

Стратегическое прочтение. Если эффективное сжатие приблизится к порогу, приёмники станут самым многочисленным активным компонентом машины на непрерывных переменных — по одному на моду на такт, — и стоимость перейдёт к тому, кто совместно интегрирует их с прямой связью на фотонном кристалле; предусиление OPA — страховка. Если нет, гомодин останется в распределении ключей и метрологии.

Подтвердить, если к 2027-12-31 машина на непрерывных переменных опубликует гомодинную эффективность на канал ≥ 99 % при запасе над шумом ≥ 20 dB или эффективное сжатие GKP на чипе превысит 3 dB; понизить, если к 2028-06-30 ни одна статья о системе на непрерывных переменных не раскроет цифр приёмников, а эффективное сжатие останется ниже 1 dB.

Открытые вопросы. (1) Какова эффективность на канал и запас над шумом у Aurora? (2) Могут ли фотодиоды на платформе сжатия с малыми потерями достичь 99 %? (3) Масштабируется ли предусиление OPA до одной стабилизированной накачки на моду? (4) Какой фазовый шум LO выдерживает бинирование GKP вблизи 10 dB? (5) Какая доля разрыва от 0.62 dB приходится на потери детектирования?