← Quantum Technology AtlasТехнологии · Машины · Архитектуры · ОрганизацииEnglishעברית

Быстрый безусловный / диссипативный сброс кубита ro_reset

Возврат сверхпроводникового кубита в |0⟩ за ~100–500 ns передачей его возбуждения диссипативной (lossy) моде, обычно резонатору считывания, вместо ожидания T1 или измерения с последующим переворотом.

Быстрый безусловный / диссипативный сброс кубита

ro_reset · слой 6 Считывание · продемонстрировано · с 2018
Открыть на карте

Возврат кубита в |0⟩ за ~100–500 ns связью с резонатором с потерями или диссипативным приводом без измерения — слагаемое стоимости каждого цикла поверхностного кода, которое узел считывания сам по себе не описывает.

Обзор →

Ключевые источники

[596] P. Magnard et al., “Fast and Unconditional All-Microwave Reset of a Superconducting Qubit,… · 2018
[597] M. McEwen et al., “Removing leakage-induced correlated errors in superconducting quantum e… · 2021
[598] L. Chen et al., “Fast unconditional reset and leakage reduction in fixed-frequency transmo… · 2024
[599] Y. Zhou et al., “Rapid and unconditional parametric reset protocol for tunable superconduc… · 2021
[602] R. Acharya et al., “Suppressing quantum errors by scaling a surface code logical qubit,” N… · 2023

Пространство проектирования — атрибуты

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

Пространство оценки — датированные атрибуты

нет датированных атрибутов

Показатели — время сброса и остаточное возбуждение (~10⁻³); сопутствующая задача — удаление утечки.

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: Трансмон, Дисперсионное СВЧ-считывание (+TWPA, фильтр Парселла)
° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Используют 6 машин (3 основная · 3 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: Schematic of the reset process and diagram of the device.a Jaynes-Cummings ladder diagram of the qubit-resonator coupled system. \(|g\
Three-panel schematic of a fast, unconditional reset for superconducting qubits: a level diagram in which modulating the qubit frequency opens a sideband that swaps the qubit's excitation into its readout resonator, where it leaks away at rate κ_r; a circuit of three flux-tunable transmon qubits, each with a readout resonator and Purcell filter on a shared amplified feedline; and the reset pulse, generated by an arbitrary waveform generator and attenuated by 30 dB, modulating the qubit on its flux curve. From a 2021 Nature Communications paper by Yu Zhou, Shengyu Zhang and co-authors. Resetting without measurement in a few hundred nanoseconds shortens every error-correction cycle. “Fig. 1 — Fig. 1: Schematic of the reset process and diagram of the device.a Jaynes-Cummings ladder diagram of the qubit-resonator coupled system.…” by Zhou et al., www.nature.com/articles/s41467-021-26205-y, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Fig. 1: Removing leakage with reset.a Schematic of the multi-level reset protocol. The qubit starts with a population in its first three excited sta…
Drawn two-panel figure explaining a fast reset for superconducting qubits. From Nature Communications (2021), 'Removing leakage-induced correlated errors in superconducting quantum error correction', by M. McEwen, D. Kafri, Z. Chen and colleagues. Panel (a) shows energy ladders of a transmon and its readout resonator: excitations, including leaked states |2⟩ and |3⟩, are swapped into the resonator, which then decays, and the qubit returns empty — about 250 ns in all per the caption. Panel (b) places this reset R after each measurement in a bit-flip code round, where red stars mark leakage that otherwise spreads. It is a diagram, not data. “Fig. 1 — Fig. 1: Removing leakage with reset.a Schematic of the multi-level reset protocol. The qubit starts with a population in its first three excited states (closed…” by McEwen et al., www.nature.com/articles/s41467-021-21982-y, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Fig. 1: Measurement-free logical state teleportation with the [[4, 1, 2]]-code.a Stabilizers SZ, SX and logical operators of the [[4, 1, 2]]-code. b…
Five-panel strip on logical operations without mid-circuit measurement: the four-qubit [[4,1,2]] error-detecting code with its checks and logical operators; logical state preparation above 99 %; a conventional teleportation circuit using measurement and feedback; and 'coherent' versions of teleportation and a logical Hadamard in which controlled gates replace the measurements and the auxiliary qubits are simply reset, reaching 86–95 %. From a 2026 Nature Communications paper by Friederike Butt, Ivan Pogorelov, Thomas Monz, Markus Müller and co-authors. It shows why fast unconditional reset matters: in measurement-free schemes it is the only way entropy leaves the processor. “Fig. 1 — Fig. 1: Measurement-free logical state teleportation with the [[4, 1, 2]]-code.a Stabilizers SZ, SX and logical operators of the [[4, 1, 2]]-code. b…” by Butt et al., www.nature.com/articles/s41467-026-68533-x, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
ro_reset · слой 6 Считывание · центральность 5.6 · продемонстрировано · с 2018 · обновлено 2026-09-26

Быстрый безусловный / диссипативный сброс кубита

Возврат сверхпроводникового кубита в |0⟩ за ~100–500 ns передачей его возбуждения диссипативной (lossy) моде, обычно резонатору считывания, вместо ожидания T1 или измерения с последующим переворотом.

Вердикт. Продемонстрирован с 2018 г. и работает внутри производственных раундов коррекции ошибок (шаг Google в 160 ns в раунде 921 ns; полностью микроволновый сброс анциллы у USTC). Диссипативный элемент (gadget) IBM на Nighthawk r2 известен только по сообщениям компании: ни длительности сброса, ни абсолютной остаточной населённости не опубликовано по состоянию на 2026-09-26.

Ключевые источники

T1 = время энергетической релаксации; κ = скорость затухания энергии диссипативной моды; LRU = блок подавления утечки (leakage-reduction unit); DQLR = удаление утечки с кубитов данных (data-qubit leakage removal); MLR = многоуровневый сброс (multi-level reset); Λ = коэффициент подавления ошибок на шаг кодового расстояния; G1–G7 = классы целей отчёта (см. «Участники и экономика»).

Сущность и происхождение

Сброс возвращает кубит в |0⟩ перед каждым запуском (shot), а в коррекции ошибок — каждый измерительный кубит один раз за раунд синдрома. Безусловный сброс — эта технология — передаёт возбуждение диссипативной моде без какого-либо классического решения, в отличие от ожидания T1 или измерения с последующим переворотом. Он начался с полностью микроволновой схемы «f0g1»: возбуждающий сигнал связывает |f,0⟩ с |g,1⟩ пары трансмон–резонатор (g, f = основное и второе возбуждённое состояния; 0, 1 = фотоны резонатора), и фотон вытекает наружу, оставляя 0.2% остаточного возбуждения менее чем за 500 ns без обратной связи D[596]. Технология находится в слое считывания, потому что диссипативной модой обычно служат резонатор считывания и фидерная линия D[597]D[598]. Атрибуты: на чипе, сверхпроводниковая литография, управление от комнатной температуры, транспорта нет; класс ошибки — утечка (leakage).

Физика и пределы

Пассивная релаксация слишком медленна: даже без теплового пола достижение 10⁻³ при T1 = 200 µs занимает ln(10³)·T1 ≈ 1.4 ms S. Пол тоже важен: трансмон на 5 GHz при эффективной температуре 50 mK удерживает ~0.8% возбуждения S, так что сброс обязан охлаждать — при инженерно заданной скорости Γ_r ≫ Γ_q остаток стремится к (Γ_q·n_q + Γ_r·n_r)/(Γ_q + Γ_r), т. е. к заселённости более холодной ванны S. Скорость задаётся диссипативной модой: возбуждение, перенесённое (swap) в моду со скоростью затухания κ, уходит не быстрее, чем при критическом затухании, κ/2, поэтому 10⁻³ требует ≈ 21/κ, 170–340 ns при κ/2π = 20–10 MHz S, — это и есть диапазон 100–500 ns. Поэтому потоковый обмен (flux swap) за 34 ns превращается в 284 ns, как только резонатор нужно опустошить D[599]; широкополосная метаматериальная ванна обходит одномодовое ограничение D[600]. Переключаемый диссипатор развязывает скорость сброса и T1 в режиме простоя: у IBM он переводит эффективное T1 с ~200 µs до ~25 ns C[601], что даёт отношение вкл/выкл ~8×10³ S. Сопутствующая проблема — утечка: условный X действует только на |0⟩↔|1⟩, так что |2⟩ остаётся утёкшим S; MLR опустошает |1⟩–|3⟩ при одной настройке D[597].

Достигнутый инженерный уровень

таблица
Год Показатель Кто Тег+ключ
2018-08-07 f0g1: остаток 0.2% за <500 ns Magnard et al. D[596]
2021-03-19 MLR состояний |1⟩–|3⟩ за ~250 ns, >99% (ограничено считыванием) Google D[597]
2021-10-11 Потоковый обмен: 0.08% ± 0.08% за 34 ns; 284 ns с опустошением резонатора Zhou et al. D[599]
2023-02-22 Сброс 160 ns + измерение 500 ns в раунде 921 ns Google, Sycamore D[602]
2024-09-25 Сброс + подавление утечки за 83 ns, фиксированная частота, >99% Chen et al. D[598]
2024-11-05 Ошибка сброса <0.13% (|1⟩), 0.16% (|2⟩) за 88 ns; LRU только для |2⟩ за 44 ns Kim et al. D[600]
2025-12-22 Микроволновые LRU + сброс анциллы: утечка ÷72 до 6.4×10⁻⁴; d = 7, Λ = 1.40 ± 0.06 USTC, Zuchongzhi 3.2 P[603]
2026-08-31 120 элементов сброса; ошибка инициализации ÷25 IBM, Nighthawk r2 C[601]

Sycamore тратил 660 из 921 ns (72%) на измерение и сброс, и его авторы называют простой кубитов данных в это время доминирующей ошибкой D[602]. Willow выполняет MLR на измерительных кубитах и DQLR на кубитах данных в каждом цикле 1.1 µs D[1] — после того как DQLR снизил утечку кубитов данных в десять раз, ниже 10⁻³ по всему устройству D[604]. Строка USTC — это прочтение прессой его статьи в PRL D[3]. Выигрыш IBM — в темпе запусков: 100 000 схем в секунду, в 25× больше, чем у Heron C[601]. Доминирующий член: остаточная населённость, которую производственные поставщики не публикуют.

Производство, материалы и цепочка поставок

Сброс через резонатор не добавляет ни одного шага изготовления D[596]. Затраты зависят от типа кубита: трансмоны с перестройкой потоком повторно используют свои потоковые линии D[597]; трансмоны с фиксированной частотой идут микроволновым путём, через перестраиваемый элемент связи D[598] или выделенный элемент на каждый кубит C[601]. Перестраиваемый элемент в общем случае означает ещё один управляющий сигнал на кубит S; пресса ставит в заслугу чисто микроволновому пути USTC то, что он обходится без разводки импульсов постоянного тока, как у Google P[605].

Управление, считывание и нагрузка на ввод-вывод

Безусловный сброс — это импульс без обратной связи (open loop): ни дискриминации, ни решения, ни прямой связи (feed-forward). Условный сброс последовательно складывает считывание, затухание резонатора (ring-down), решение и π-импульс, и его пол задаётся ошибкой присвоения (assignment error); прежняя схема IBM переворачивала кубит при |1⟩, а затем простаивала сотни микросекунд между запусками C[601] — простой, доступный как rep_delay, который обменивает время выполнения на ошибку подготовки состояния C[606]. В поверхностном коде измерение происходит в любом случае; за ним следует либо шаг 160 ns D[602], либо контур прямой связи, оплачиваемый в каждом раунде S.

Роль в стеке

Слот 6 архитектуры «Решётка трансмонов с перестраиваемыми элементами связи», рядом с дисперсионным считыванием. Технология требует трансмона (кубита, который сбрасывается) и ro_disp (резонатора считывания как канала потерь); рёбер обеспечивает, заменяет или конфликта нет по состоянию на 2026-09-26. Ребро к ro_disp — типичный случай, а не необходимость: Nighthawk r2 связывает каждый кубит с холодным окружением через собственный перестраиваемый элемент связи C[601]. Технология закрывает пробел G-reset, давая в качестве атрибутов время сброса и остаточную населённость; производный такт Атласа считает считывание + сброс ≈ двумя третями сверхпроводникового раунда. Предложенные в реестре пробелов размещения на архитектурах кошачьих и двухрельсовых кубитов не приняты; повторная инициализация или дозагрузка атомов не имеет шага с диссипативной модой и к этой технологии не относится G. Родственный пробел G-lru — удаление утечки с кубитов данных — остаётся открытым. Машины реестра, основная роль: Sycamore-class 72-qubit processor, IBM Quantum Loon, IBM Quantum Nighthawk r2; альтернативная: Zuchongzhi 3.2, IBM Quantum System Two at CSCS (Swiss Quantum Innovation Hub).

Свидетельства — как измерены числа

Сброс проверяют, считывая кубит после него, поэтому его ограничивает ошибка считывания: ~10⁻³ у McEwen et al. упиралось в считывание D[597]. Сообщаемые величины несопоставимы — остаточное возбуждение, ошибка сброса, эффективное T1, отношение ошибок. Все четыре ячейки реестра верифицированы ✅, но локатор рисунка (Fig. 1b) есть только у ячейки Sycamore; ячейки IBM опираются на блоги, причём у Loon называются «элементы сброса» (reset gadgets) без цифр C[486]; у ячейки Zuchongzhi 3.2 нет ни локатора, ни цифры по сбросу.

Цифры Zuchongzhi 3.2 (72×, 6.4×10⁻⁴, d = 7, Λ) взяты из анализа в прессе. Цифры 1.4 ms, 0.8%, ≈21/κ и 8×10³ выведены из arXiv:2409.16748 и arXiv:2411.02950, а не процитированы из них. Не опубликовано по состоянию на 2026-09-26: длительность сброса и остаток у USTC; длительность сброса, абсолютный остаток и какая-либо статья для Nighthawk r2 — его блог даёт эффективное T1, отношение 25× и простой ~1 µs; цифры по элементам сброса Loon; длительность условного сброса и задержка прямой связи у Heron; и длительности измерения и сброса у Willow, а также длительность DQLR у Miao et al.

Участники и экономика

Кто.
| Организация | Роль | Страна | Что именно они делают с этой технологией | Свидетельства |
|---|---|---|---|---|
| Google Quantum AI | разработчик | США | Сброс 160 ns в раунде Sycamore; MLR + DQLR в каждом цикле Willow | D[602]D[1] |
| IBM | разработчик | США | Условный сброс на Heron; 120 диссипативных элементов на Nighthawk r2; элементы сброса (gadgets) на Loon | C[601]C[486] |
| USTC / Hefei National Laboratory | разработчик | Китай | Микроволновые LRU и сброс анциллы внутри цикла, Zuchongzhi 3.2 | P[603] |

Деньги. Ни одной датированной финансовой позиции, специфичной для сброса кубитов, нет по состоянию на 2026-09-26.

Рынок и цепочка поставок. Отдельного рынка нет: сброс покупается как проектирование чипа и калибровка и окупается временем раунда и темпом запусков — на G2–G4.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Ни один стандарт не определяет показатель качества сброса; датированного подсчёта патентов по названной базе данных нет по состоянию на 2026-09-26.

Дорожные карты и послужной список. IBM назвала элементы сброса 2025-11-12 C[486] и поставила их на Nighthawk r2 2026-08-31 C[601]: выполнено, но с отношениями вместо абсолютных цифр.

Стратегическое прочтение. Именно на сбросе расходятся архитектуры с фиксированной частотой и перестраиваемые. Если переключаемые диссипаторы сохранят своё T1 в выключенном состоянии на масштабе, резонаторы считывания можно будет оптимизировать только под считывание.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить, если IBM или независимая группа к 2027-06-30 опубликует для Nighthawk r2 длительность сброса, абсолютный остаток и внутрисхемное применение и если поверхностный код с d ≥ 9 к 2027-12-31 сведёт считывание + сброс к менее чем половине своего раунда; понизить элемент до функции пропускной способности, если цифры охватывают лишь инициализацию между запусками.
Открытые вопросы. (1) Какого абсолютного остатка достигает Nighthawk r2? (2) Чего стоит выключенное состояние диссипатора в T1 на 10³ кубитах? (3) Может ли сброс перекрываться с затуханием резонатора, чтобы сократить член 660 ns? (4) Сравниваются ли чисто микроволновые сбросы по скорости с потоковыми без перекрёстных помех? (5) Какая схема удаления утечки с кубитов данных закроет G-lru, не добавляя шага в раунд?

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. [3] T. He et al., “Experimental Quantum Error Correction below the Surface Code Threshold via All-Microwave Leakage Suppression,” Phys. Rev. Lett., vol. 135, no. 26, Art. no. 260601, Dec. 2025, doi: 10.1103/rqkg-dw31. [D]
  3. [486] R. Mandelbaum, “Scaling for quantum advantage and beyond,” IBM Quantum Computing Blog, Nov. 12, 2025. [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/blog/qdc-2025 [C]
  4. [596] P. Magnard et al., “Fast and Unconditional All-Microwave Reset of a Superconducting Qubit,” Phys. Rev. Lett., vol. 121, no. 6, Art. no. 060502, Aug. 2018, doi: 10.1103/physrevlett.121.060502. arXiv:1801.07689. [D]
  5. [597] M. McEwen et al., “Removing leakage-induced correlated errors in superconducting quantum error correction,” Nat. Commun., vol. 12, Art. no. 1761, Mar. 2021, doi: 10.1038/s41467-021-21982-y. arXiv:2102.06131. [D]
  6. [598] L. Chen et al., “Fast unconditional reset and leakage reduction in fixed-frequency transmon qubits,” arXiv:2409.16748, Sep. 2024. [D]
  7. [599] Y. Zhou et al., “Rapid and unconditional parametric reset protocol for tunable superconducting qubits,” Nat. Commun., vol. 12, Art. no. 5924, Oct. 2021, doi: 10.1038/s41467-021-26205-y. [D]
  8. [600] G. Kim et al., “Fast Unconditional Reset and Leakage Reduction of a Tunable Superconducting Qubit via an Engineered Dissipative Bath,” arXiv:2411.02950, Nov. 2024. [D]
  9. [601] H. Haas, D. McKay, and R. Davis, “IBM Quantum Nighthawk r2—more circuits, faster,” IBM Quantum Computing Blog, Aug. 31, 2026. [Online]. Available: https://www.ibm.com/quantum/blog/nighthawk-r2 [C]
  10. [602] R. Acharya et al., “Suppressing quantum errors by scaling a surface code logical qubit,” Nature, vol. 614, pp. 676–681, Feb. 2023, doi: 10.1038/s41586-022-05434-1. [D]
  11. [603] M. Ivezic, “China's Zuchongzhi 3.2 Crosses the Error Correction Threshold - and Takes a Different Path Than Google to Get There,” PostQuantum.com, Dec. 30, 2025. [Online]. Available: https://postquantum.com/quantum-research/zuchongzhi-3-2-belowthreshold/ [P]
  12. [604] K. C. Miao et al., “Overcoming leakage in quantum error correction,” Nat. Phys., vol. 19, pp. 1780–1786, Oct. 2023, doi: 10.1038/s41567-023-02226-w. [D]
  13. [605] M. Swayne, “China Demonstrates Quantum Error Correction Using Microwaves, Narrowing Gap With Google,” The Quantum Insider, Dec. 26, 2025. [Online]. Available: https://thequantuminsider.com/2025/12/26/china-demonstrates-quantum-error-correction-using-microwaves-narrowing-gap-with-google/ [P]
  14. [606] IBM, “Qubit initialization.” [Online]. Available: https://quantum.cloud.ibm.com/docs/en/guides/repetition-rate-execution [C]