Сжатая мода света (непрерывные переменные)

Raveh Neeman

doi:10.5281/zenodo.22674814

Сжатая мода света (непрерывные переменные) squeezed

Оптическая мода в непрерывных переменных, у которой одна квадратура лежит ниже уровня вакуумного шума; носитель для GKP и кластерной фотоники, где потолок задают потери интеграции, а не нелинейность.

squeezed · слой 1 Носитель кубита · продемонстрировано · с 2012

Открыть на карте

Моды непрерывных переменных для GKP/кластерных состояний; для отказоустойчивости нужно ~10 dB *эффективного* сжатия (сегодня 0.62 dB на чипе); сырое сжатие на чипе — другая величина (1.4 dB измерено на TFLN).

Обзор →

Ключевые источники

[344] H. Vahlbruch, M. Mehmet, K. Danzmann, and R. Schnabel, “Detection of 15 dB Squeezed States… · 2016

[174] M. V. Larsen et al., “Integrated photonic source of Gottesman–Kitaev–Preskill qubits,” Nat… · 2025

[345] X. Shi et al., “Squeezed Light Generation in Periodically Poled Thin-Film Lithium Niobate … · 2025

[178] Xanadu Quantum Technologies Limited, “Xanadu Charts Path to Over 1,000 Logical Qubits by 2… · 2026

Пространство проектирования — атрибуты

(a) сродство носителя: фотон (естественная частица, искусственно сформированные моды)
(b) время · запутывание: 1.0 µs · вероятностное / с оповещением (heralded)
(c) считывание: детектирование одиночных фотонов · 10 ns · разрушающее · не внутрисхемное
(d) подвижность: летающие кубиты (фотоны)
(e) управление: электрооптическое @ комнатная
(f) структура ошибки: гауссова (малые сдвиги), потеря (стирание)
(g) производство: фабрика ФИС

Пространство оценки — датированные атрибуты

on-chip GKP effective squeezing (Xanadu) → 0.62 dB vs ~9.75 dB required

определяет: канал ошибок · 2025-06 · источник

on-chip raw squeezing (poled TFLN) → 1.4 dB measured (> 10 dB loss-corrected)

определяет: канал ошибок · 2025-08 · источник

0.62 dB у Xanadu — *эффективное* сжатие GKP, а не сырое квадратурное; величины несопоставимы. Атрибут считывания оставлен как детектирование одиночных фотонов, хотя в практике непрерывных переменных применяется гомодинное детектирование.

Стандартные рекорды

T1-релаксация → 0.615 · типичное

Xanadu Aurora: refinery-chip insertion loss 4.15 dB average; heralded optical paths >95% total loss; sources chip 1.82 dB · 2025-01 · источник [D] ⓘ

когерентность T2 (эхо/DD) → не опубликовано · типичное

No T2 for CV modes; Aurora reports nullifier variances held below vacuum noise over 2 h continuous acquisition · 2025-01 · источник [D] ⓘ

время однокубитного вентиля → не опубликовано · типичное

1Q Gaussian operations are clocked, not pulse-timed; the 1 MHz Aurora cycle is recorded on g_cv · 2025-01 · источник [D] ⓘ

ошибка простоя/памяти за раунд → не опубликовано · типичное

No CV QEC round with a published per-round idle error; loss per round is the equivalent quantity and is unstated · 2025-01 · источник [D] ⓘ

Участники и цели — аннотации

Фотоника на непрерывных переменных — GKP — Xanadu (Aurora) · G4 G6

Бозонный сэмплер — USTC (Jiuzhang), Xanadu (Borealis), ORCA · G1

Рёбра

нужно: Фабрика ФИС (SiN, BTO, TFLN, SNSPD на 300 mm)°, Сборка из объёмной оптики и волокна (фотонные сэмплеры)°

нужен для: Гауссовы вентили на непрерывных переменных + негауссовы операции с помощью GKP, GKP-кодирование (решётка)°, Программируемый линейно-оптический интерферометр (без запутывающего примитива)°, Гомодинное детектирование квадратур (непрерывные переменные), Детектирование одиночных фотонов (SNSPD / TES)°, Линейно-оптическое слияние (с оповещением)°

альтернативы: Одиночный фотон (дискретные переменные)

конфликтует с:

Фотонная коммутация / маршрутизация (электрооптика, прямая связь) открыт — смягчение в масштабе не показано

потери добавляют вакуумный шум: после доли потерь 1−η выживает не больше −10·log₁₀(1−η) дБ сжатия, поэтому ~10 dB, нужные GKP, ограничивают потери переключателя 10 %

цена порог отказоустойчивости архитектуры на GKP задан как ~10 dB эффективного сжатия; суммарные потери 1 dB на маршруте (η = 0,79) ограничивают достижимое сжатие 6,9 dB, а 0,46 dB (η = 0,9) — 10 dB, поэтому бюджет переключателя — самое жёсткое число архитектуры

смягчение бюджет потерь на моду и переключатель, переключатели с наименьшими потерями (BTO, МЭМС) или кодирование на дискретных переменных, где потеря — стирание с оповещением · 2021-02

° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Используют 7 машин (7 основная · 0 альтернатива)

фотоника 7
PT-2 ORCA Computing страница продукта пресса ▤ §2.2 Physical devices ✅
Jiuzhang (1.0) USTC (Pan Jianwei group) пресса ▤ Abstract ('50 input single-mode squeezed states') ✅
Jiuzhang 2.0 USTC (Pan Jianwei group) статья пресса ▤ Abstract ✅
Jiuzhang 3.0 USTC (Pan Jianwei group) статья пресса ▤ Abstract ('Gaussian boson sampling experiments') ✅
Jiuzhang 4.0 USTC (Pan Jianwei group) статья пресса ▣ Fig. 1 (experimental setup); Extended Data Fig. 2 (single-/cross-OPO indistinguishability) ✅
Aurora Xanadu статья пресса ссылка ▣ Fig. 2 (sources chips); Fig. 1 (GBS cells); Methods: Sources array ✅
Borealis Xanadu статья ссылка ▣ Fig. 1 (pulse train of single-mode squeezed states from pulsed OPO); Methods: Pulsed squeezed-light source ✅

↗ 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. 2 — Figure 2: (a) Optical image of a fabricated 4-inch Si3N4 quantum photonic wafer containing 8 dies of integrated squeezed-light sources. The directly… — A four-panel figure. (a) A photograph of a 4-inch silicon-nitride wafer with eight squeezed-light dies, each labelled with its measured squeezing (2.9–3.1 dB); (b) noise traces for Dies 1–8, swinging from about +6 dB to −3 dB relative to the shot-noise line; (c) a photograph of one chip packaged on a wire-bonding circuit board over a thermoelectric cooler; (d) micrographs (200 µm scale bar) of the ring-resonator squeezer with microheaters, pump-rejection filters and a low-loss edge coupler to fibre. It comes from arXiv 2509.10445 by Liu, Zhou, Zhang, Hariri, Reynolds, Wu and Zhang. Squeezed light is the resource of continuous-variable photonic quantum computing, here made on wafer-scale chips. “Fig. 2 — Figure 2: (a) Optical image of a fabricated 4-inch Si3N4 quantum photonic wafer containing 8 dies of integrated squeezed-light sources. The directly measured…” by Shuai Liu et al., arxiv.org/abs/2509.10445, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 3 — Figure 3: Prediction of on-chip squeezing/anti-squeezing using non-linear equation solver. a, Evolution of continuous-wave squeezing along the PPLN… — An eight-panel figure of drawings and simulation plots: a sketch of squeezing building up along a periodically poled lithium niobate (PPLN) waveguide, a drawing of a two-direction second-harmonic measurement, fitted loss histories, and histograms of inferred squeezing near -18 dB. It is Figure 3 of "18-dB on-chip vacuum squeezing in an adaptively poled lithium niobate waveguide" by Tushar Sanjay Karnik, Xinyi Ren and co-authors (arXiv). Squeezed light is a resource for continuous-variable photonic quantum computing; the figure shows how facet losses are estimated to infer the on-chip squeezing. “Fig. 3 — Figure 3: Prediction of on-chip squeezing/anti-squeezing using non-linear equation solver. a, Evolution of continuous-wave squeezing along the PPLN waveguide.…” by Tushar Sanjay Karnik et al., arxiv.org/abs/2605.27607, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 3 — Figure 3: Experimental setup and squeezing measurement. (a) Experimental setup. The pump laser and the local oscillators are created off-chip and co… — A three-panel figure: (a) a block diagram of lasers and filters feeding a photonic chip that holds a ring-resonator squeezer and on-chip photodiodes; (b) a photograph of the small chip on a stage between two lensed fibre arrays with electrical probes; (c) measured noise versus the shot-noise level. It is Figure 3 of "Heterogeneously Integrated Squeezed-Light Generation and Detection on a Single Photonic Chip" by Chen, Westcott, Tabatabaei and co-authors. Squeezed light is the resource for continuous-variable photonic qubits; notice the noise dipping below shot noise. “Fig. 3 — Figure 3: Experimental setup and squeezing measurement. (a) Experimental setup. The pump laser and the local oscillators are created off-chip and coupled into…” by Haoran Chen et al., arxiv.org/abs/2608.13218, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

squeezed · слой 1 Носитель кубита · центральность 6.7 · продемонстрировано · с 2012 · обновлено 2026-09-30

Сжатая мода света (непрерывные переменные)

Оптическая мода в непрерывных переменных, у которой одна квадратура лежит ниже уровня вакуумного шума; носитель для GKP и кластерной фотоники, где потолок задают потери интеграции, а не нелинейность.

Вердикт. Реально: 1.4 dB, непосредственно измеренные на TFLN, и 15 dB в объёмной оптике. Не доказано: эффективное сжатие GKP выше 0.62 dB на кристалле против требуемых ~9.75 dB. Понизить в ранге, если к 2028 году не появится показатель GKP на кристалле выше 2 dB.

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»).

Сущность и происхождение

Оптическая мода, у которой вакуумные флуктуации перераспределены между сопряжёнными квадратурами за счёт параметрического процесса — преобразования с понижением частоты в среде с χ⁽²⁾ или четырёхволнового смешения в среде с χ⁽³⁾ (например, SiN): одна квадратура опускается ниже уровня вакуумного шума, вторая поднимается выше. Предсказана в 1970-е годы, впервые наблюдалась в 1985-м; значимая линия происхождения — волноводные сжиматели, питающие кластерные состояния в непрерывных переменных и кодирование Готтесмана–Китаева–Прескилла (GKP). Атрибуты: летающий носитель, генерация с оповещением (heralded) за ~1 µs; считывание однофотонным детектированием за ~10 ns, разрушающее, не внутрисхемное; электрооптическое управление при комнатной температуре, ошибки гауссова типа плюс потери, изготовление фотонных ИС.

Физика и пределы

Сжатие — это термометр потерь: среда способна дать сколь угодно сильное подавление квадратуры, но каждый децибел потерь между генерацией и детектированием тянет измеренное значение обратно к вакууму, так что цифра описывает оптический тракт, а не сам сжиматель. Отсюда 15 dB в объёмной оптике D[344] против 1.4 dB, измеренных на кристалле, и свыше 10 dB после вычитания 4 dB бюджета потерь гомодинного тракта D[345]. Нельзя смешивать сырое квадратурное сжатие с эффективным сжатием решёточного состояния GKP, которое включает в себя не только потери, но и точность (fidelity) негауссовой подготовки состояния: отказоустойчивость оценивает последнее в ~9.75 dB против 0.62 dB на кристалле D[174]. Сдвинуть эту величину способны только меньшие потери, лучшая стыковка и более высокая эффективность детектирования.

Приложение гауссова бозонного сэмплинга (Gaussian boson sampling) на сжатом свете к молекулярным электронно-колебательным (вибронным) спектрам — это линейная статистика выхода; характеристическая функция смещённого сжатого вакуума вычисляется точно за полиномиальное время, поэтому спектр оценивается классически с аддитивной точностью эксперимента P[889].

Достигнутый инженерный уровень

таблица

Дата	Показатель	Кто	Тег
2016	Сжатие 15 dB, объёмная оптика	Vahlbruch et al., Hannover	D[344]
2025-06	Эффективное сжатие GKP на кристалле 0.62 dB против требуемых ~9.75 dB	Xanadu	D[174]
2025-08	1.4 dB измерено на периодически поляризованном TFLN, >10 dB получено расчётом при накачке 62 mW	Shi et al.	D[345]
2026-08	Потери в 24.1× выше порога, цель 1.0× к 2030 году	Xanadu	R[178]факт

Разрыв между кристаллом и объёмной оптикой составляет ~13 dB, разрыв по GKP — ~9 dB.

1.4 dB у Shi и соавт., измеренные на PPLN TFLN [345], — независимая цифра сжатия на кристалле; эффективное сжатие GKP 0.62 dB опирается только на Xanadu. Цифра «>10 dB» для TFLN скорректирована на потери, а не измерена, и приведена для одной мощности накачки, поэтому несопоставима с измерением 15 dB в объёмной оптике. У требования отказоустойчивости ~9.75 dB, которое основной отчёт округляет до ~10 dB, нет единого первичного источника. Цифры Xanadu CAD 195 M и USD 686 M обе происходят из её релиза от 2026-08-31, а не из аудированной отчётности.

Производство, материалы и цепочка поставок

Сжиматели изготавливаются на той же линии фотонных ИС для непрерывных переменных — SiN и тонкоплёночный ниобат лития (TFLN) с периодической поляризацией доменов. Коммерческое предложение TFLN скудно: HyperLight (раунд серии B на USD 37 M, 2024-09) и Lightium (посевной раунд USD 7 M) Pфакт плюс пилотная линия PIXEurope факт. Xanadu делает сама, а не покупает; стоимость одного сжимателя публично не раскрыта. Однородность доменной структуры и потери в волноводе — именно те дефекты, что ограничивают выход годных, и оба бьют прямо по итоговой цифре в децибелах. Ввод-вывод — это одна накачка и один гомодинный тракт на моду плюс фазовая привязка; Aurora работала на 35 кристаллах с 12 модами на такте 1 MHz D[173]. При 10³ мод стеной становятся разводка накачки и фазовая стабильность; при 10⁴–10⁶ — число каналов детекторов и ЦАП. Ни одна позиция ECCN не называет сжиматели; 4A906 накрывает машину целиком факт.

Роль в стеке

Архитектуры: фотоника на непрерывных переменных — GKP и бозонный сэмплер, в обеих — основной носитель. Реестр числит 7 машин, использующих его, среди них Aurora, Borealis и линия Jiuzhang вплоть до 4.0. Требует фабрики фотонных ИС; даёт моды для гауссовых вентилей в непрерывных переменных с негауссовыми операциями на основе GKP и для решёточного кодирования GKP на архитектуре Xanadu. В роли носителя он замещает дискретные фотоны — уход от дискретных переменных (DV) меняет ошибки с доминированием стираний (erasure) на гауссовы плюс потери, а сама смена стоит всей детекторной цепочки. Уровень сжатия задаёт пол ошибки для любой операции на непрерывных переменных, ограничивая производный такт косвенно, а не через вклад времени вентиля. Верификация: 0.62 dB опираются на единственный источник и не воспроизведены; независимый результат на TFLN измеряет сырое сжатие, а его «>10 dB» получены вычитанием потерь детектирования D[345].

Участники и экономика

Кто.

Организация	Роль	Страна	Что именно делает с технологией	Свидетельство
Xanadu	разработчик	Канада	Единственный участник, эксплуатирующий системы на непрерывных переменных / GKP на кристалле	D[174]
HyperLight, Lightium	поставщик	США, Швейцария	Кристаллы TFLN и услуги фабрики	Pфакт
DARPA	инвестор	США	QBI Stage B, до USD 15 M	факт
Правительство Канады	инвестор	Канада	CAD 195 M, завод в Торонто	факт

Деньги.
2025-11-06 · Xanadu · DARPA QBI Stage B · до USD 15 M · объявлено факт
2026-03-26 · Xanadu · SPAC с Crane Harbor · ~USD 302 M брутто, на ~40% ниже плана · закрыт Cфакт
2026-08-28 · Xanadu · финансирование канадского завода · CAD 195 M · подтверждено факт

Рынок и цепочка поставок. Коммерческого сжимателя не существует; выше по цепочке торгуемыми товарами являются пластины TFLN и услуга поляризации доменов от двух небольших поставщиков — риск концентрации для всех, кто не интегрирован вертикально. За качество сжатия платят только G3/G4.

Интеллектуальная собственность и стандарты. По состоянию на 4 сентября 2026 г. датированного патентного семейства, специфичного для сжимателей на кристалле, нет, и ни один стандарт не определяет, как следует отчитываться об эффективном сжатии.

Дорожные карты и послужной список. (2026-08-31 · потери 24.1× → 1.0× к 2030 году · срок не наступил); (2026-08-31 · 200 логических кубитов к 2029 году · срок не наступил). Раскрытие информации поставлено хорошо, но все обещания по сжатию отнесены в будущее.

Стратегическое прочтение. Ставку на непрерывные переменные решает качество сжатия, а не число мод: если показатель GKP на кристалле не сдвинется, цель 2030 года провалена, и непрерывные переменные проигрывают слиянию (fusion) в дискретных переменных, не имея альтернативного носителя. Если сдвинется, поставщики TFLN и услуг поляризации доменов становятся стратегическими.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить к 2028 году: эффективное сжатие GKP на кристалле выше 2 dB с приведённым бюджетом потерь; понизить в ранге, если оно останется ниже 1 dB. Лучший сценарий к 2029 году: вторая группа публикует конкурирующий показатель GKP. Худший сценарий: потери интеграции удерживают его вблизи 1 dB, и архитектура на непрерывных переменных с GKP остаётся исследовательской. Открытые вопросы: снижаются ли потери так, как заявляет дорожная карта; способен ли поляризованный TFLN обеспечить точность уровня GKP.

Литература

[173] H. A. Rad et al., “Scaling and networking a modular photonic quantum computer,” Nature, vol. 638, no. 8052, pp. 912–919, Jan. 2025, doi: 10.1038/s41586-024-08406-9. [D]
[174] M. V. Larsen et al., “Integrated photonic source of Gottesman–Kitaev–Preskill qubits,” Nature, vol. 642, no. 8068, pp. 587–591, Jun. 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09044-5. [D]
[178] Xanadu Quantum Technologies Limited, “Xanadu Charts Path to Over 1,000 Logical Qubits by 2031,” GlobeNewswire, Aug. 31, 2026. [Online]. Available: https://www.globenewswire.com/news-release/2026/08/31/3353211/0/en/xanadu-charts-path-to-over-1-000-logical-qubits-by-2031.html [R]
[344] H. Vahlbruch, M. Mehmet, K. Danzmann, and R. Schnabel, “Detection of 15 dB Squeezed States of Light and their Application for the Absolute Calibration of Photoelectric Quantum Efficiency,” Phys. Rev. Lett., vol. 117, no. 11, Art. no. 110801, Sep. 2016, doi: 10.1103/PhysRevLett.117.110801. [D]
[345] X. Shi et al., “Squeezed Light Generation in Periodically Poled Thin-Film Lithium Niobate Waveguides,” arXiv:2508.08599, Aug. 2025. [D]
[889] B. Seron, H. Thomas, E. Araujo, A. Arkhipov, C. Oh, and L. Novo, “Efficient classical algorithm for estimating linear statistics of Boson Sampling,” arXiv:2609.35447, Sep. 2026. [P]