Řídicí čip kvantového procesoru se vešel do kryostatu a odbavil i opravu chyb

Laboratoř HRL v kalifornském Malibu popsala sestavu, ve které řídicí elektronika kvantového procesoru neleží ve skříních vedle chladicího systému, ale uvnitř něj. Zakázkový čip CMOS pracuje při 4 K a vyrábí všechny časově proměnné signály pro osmnáct kubitů. Práce vyšla 29. července 2026 v Nature, v otevřeném přístupu.

Problém není kubit, ale kabel

Kubitů v křemíku přibývá rychleji než způsobů, jak k nim dostat signál. Autoři to popisují jako volbu ze tří možností: nechat řídicí hardware v pokojové teplotě a vést dolů stovky analogových linek, posadit ho rovnou ke kubitům do milikelvinů, kde by ho nikdo neuchladil, nebo hledat mezistupeň. HRL zvolila třetí cestu. Čtyři kelviny se chladit dají, jenže tím se problém jen posune: signály musí sjet ještě o dva řády níž a nesmějí s sebou vzít teplo.

Kubit ze tří elektronů

Čip nese 54 kvantových teček ve třech řadách. Jeden kubit tvoří společný spinový stav tří elektronů ve třech tečkách, takže se z pole dá poskládat až osmnáct kubitů v mřížce 3 × 6. Elektrony drží v kvantové jámě z křemíku a slitiny křemíku s germaniem, obojí izotopicky obohacené, aby ubylo magnetického šumu. Hradla nad jámou vznikla ve slévárenském procesu na dvousetmilimetrových destičkách; jeho podrobnosti si HRL nechává pro sebe.

Volba typu kubitu souvisí přímo s tím, co se od řadiče chce. Kubity řízené výhradně výměnnou interakcí potřebují jen napěťové pulzy v základním pásmu a na jejich tvaru nezáleží. Od obyčejného digitálního signálu se to neliší tak, aby na to nestačil úsporný CMOS.

Páska, která vede signál, ale ne teplo

Mezi řadičem a čipem vede plochý kabel z niobu na polyimidu. V jedné vrstvě široké zhruba centimetr je 296 koaxiálních linek a přeslech mezi nimi zůstává pod minus 80 dB až do 10 GHz. Kabel přenáší 150 časově proměnných řídicích signálů a 35 statických předpětí a ze čtyřkelvinového stupně do směšovací komory přitom pustí méně než 10 μW tepla. Cesta signálu tam a zpět trvá asi 3 ns.

Co má řadič uvnitř

Řadič je smíšený systém na čipu, vyrobený komerčním procesem RF CMOS se strukturami 130 nm. Má kolem 70 milionů tranzistorů a v běžném provozu spotřebuje nejvýš 3,5 W. Uvnitř je 78 téměř shodných analogových bloků se 156 výstupními kanály, 366 převodníky a 78 generátory pulzů. Pulz trvá typicky od 400 ps do 6 ns a jeho náběžná hrana kolem 150 ps. Digitální část běží až na 250 MHz, má vlastní instrukční sadu a 6 144 slov programové paměti.

Čísla

Průměrná chyba jednokubitového hradla vyšla 1,7 na deset tisíc, u hradla CNOT tři a půl tisíciny. Nejnižší opakovaně dosažená chyba CNOT byla devět desetitisícin. Proti dosavadním výsledkům s tímto typem kubitu je to podle autorů posun o řád.

U opravy chyb předvedla sestava dvě věci. Opakovací kód vzdálenosti pět běžel na sedmi kubitech s logickou chybovostí kolem pěti tisícin a proti průměru trojkových podmnožin z týchž dat vyšel poměr 4,7. Kvantový kód [[4,2,2]], který odhalí libovolnou chybu na jednom kubitu, běžel na šesti fyzických kubitech. Po třech kolech měření syndromu vyšla věrnost dvojice logických kubitů 0,95; kdyby se výsledky detekce ignorovaly, bylo by to 0,59. Výběr přijatelných běhů ale zahodí zhruba 77 % z deseti tisíc opakování.

Kde se tisková zpráva a článek rozcházejí

Tisková zpráva HRL uvádí, že oprava chyb proběhla poprvé celá na kryogenním řadiči, bez zásahu elektroniky v pokojové teplotě. V odborném článku takový nárok na prvenství není. Schéma sestavy navíc ukazuje, že z pokojové teploty pořád přichází digitální komunikace i statická předpětí a že se tam dál digitalizuje čtení stavu kubitů; autoři píšou, že tuhle funkci čekají uvnitř kryostatu teprve u dalších systémů.

Druhý rozdíl je v rychlosti. Zpráva mluví o operaci kratší než mikrosekunda. Článek u hradla CNOT uvádí 37 pulzů ve 45 časových krocích a takt mezi 12 a 28 ns, z čehož vychází zhruba 0,5 až 1,3 μs. Ten přepočet je náš, v článku ani ve zprávě nestojí.

Co zbývá a komu to bude patřit

Autoři sami vypisují, co chybí: vyrobitelné propojení a vyvedení signálů z čipu, řadiče s nižší spotřebou na kubit, vyrovnanější součástky, aby se tolik nezdržovalo laděním, a architektura, která počítá s tím, jak jsou zrovna tyhle kubity pospojované. Osmnáct kubitů je prototyp architektury, ne stroj na počítání.

Vlastník se přitom mění. IBM oznámilo 23. července 2026, že podepsalo závaznou dohodu o koupi HRL od Boeingu a General Motors. Cenu firmy nezveřejnily, obchod podléhá schválení úřadů a má se uzavřít do konce třetího čtvrtletí 2026. IBM staví na supravodivých kubitech a spinové kubity z HRL popisuje jako druhou schůdnou cestu ke škálování; zmiňuje i možnost napojit je na Anderon, samostatnou firmu ohlášenou v květnu 2026 jako slévárnu destiček pro kvantové čipy.

Jestli tahle sestava někam vede, se pozná až na čipu s řádově víc kubity. Zatím platí to, co autoři napsali sami: kvalitu výsledku neurčuje žádná jednotlivá součástka, ale to, jak dobře do sebe zapadají.

Zdroje

• A digitally controlled silicon quantum processing unit – odborný článek v Nature 655, 1154–1159, vydaný 29. července 2026 v otevřeném přístupu
• HRL demonstrates a silicon quantum processor that runs itself – tisková zpráva HRL z 29. července 2026
• IBM to Acquire HRL Laboratories to Power the Future of Quantum – tisková zpráva IBM z 23. července 2026