Amazon Ocelot 猫码芯片

Ocelot 是 AWS 于 2025 年 2 月发表于 Nature 638 的猫码纠错芯片：5 个猫态数据比特（存储腔）加 4 个传感器 transmon 构成 d=5 重复码级联——猫码在内层指数压低比特翻转，重复码在外层纠正相位翻转，实测相位错误率随码距 3→5 下降（低于阈值的证据），每只猫的辅助衰减还被 χ 匹配设计转换成可检的擦除事件。它是云厂商第一颗以"容错规模化"为目标设计的玻色纠错芯片，也是猫码路线从单模演示走向阵列的标志。

架构：两级纠错的分工

图:AWS Ocelot:5 只数据猫(存储腔)+4 辅助 transmon 的微加工倒装焊芯片,d=5 重复码,每只猫的 Wigner 函数示出双峰结构(来源:QE192)

猫码把相位空间的信息编码在相干态叠加上，其”偏置噪声”结构（比特翻转率 ${\Gamma }_{\mathrm{bitflip}}\sim e^{-\gamma \bar{n}}$ 随光子数指数压低、相位翻转率 ~$\bar{n}$ 线性增长，推导见cat-codes）正好适合做级联内层：

• 内层（猫码）：比特翻转被指数压低——d=5 时 1%@$|\alpha {|}^2=4$，总错误在 $|\alpha {|}^2\approx 1.5$ 附近最优；
• 外层（d=5 重复码）：只负责纠剩下的相位翻转。无偏置噪声下加大重复码距离只会更差，因此”相位错误随 d=3→5 下降”就是低于阈值的直接证据。

实测每周期逻辑错误率 ${ϵ}_L$=1.65(3)%（d=5），标度指数 $\gamma =2.31\pm 0.02$（理想值 $(d+1)/2$）Putterman et al. 2025 (Nature)。单模玻色码的 break-even 史（Ofek 猫码、Sivak GKP、Ni 二项式码）见bosonic-experiments——Ocelot 的增量在于”从单逻辑比特的生命周期竞赛转向码距标度”。

χ 匹配与擦除转换

图:Ocelot 的噪声偏置 CX 门:辅助 transmon 编在 {g,f} 能级且色散位移匹配 χ_ge≈χ_gf,辅助 |f⟩→|e⟩ 衰减对数据猫近似无扰动(一阶免疫),且可被三态读出识别为擦除事件(来源:QE192)

辅助比特错误的前向传播是所有玻色纠错的共性瓶颈。Ocelot 的对策是双重的：

1. χ 匹配：传感器 transmon 编码在 $\{g,f\}$ 能级，色散位移满足 ${\chi }_{ge}\approx {\chi }_{gf}$，使辅助比特 $|f⟩\to |e⟩$ 衰减对数据猫一阶免疫——噪声偏置的 CX 门在物理层就不把辅助错误漏给数据（门级讨论见bias-preserving-gates）；
2. 擦除转换：残余的辅助事件可被三态读出识别，译码器把它当已知位置的擦除处理而非未知 Pauli 错误——与中性原子亚稳态擦除转换（见neutral-atom-erasure）在译码侧同享一套逻辑：擦除信道比去极化信道容易纠得多。

与其他猫码路线的对照

Alice & Bob 的工程路线走”把单猫性能推到极限”：moon cat 以压缩增强约束做到 $\gamma =4.3$、$T_Z=22$ s，配套 RS+Tornado 高码率外码（2026），偏置保持 Z 门综合改善 ×220Rousseau et al. 2025 (arXiv)。Ocelot 则选择”猫不求极致、级联求标度”：γ=2.31 低于物理极限 2 的突破版（moon cat），但换来了 5 猫阵列上可直接测的码距标度。两条路线 2026 年在”玻色×外码”处汇合（见bosonic-frontier-2026）。

路线图意义与边界

AWS 将 Ocelot 定位为其 2029 年以后容错量子计算节点路线的存储单元基础——此为官方路线图性质的表述（公司公告，无 arXiv 论文锚点），与 IBM Starling 同属”路线图文件”一类，读法见ibm-qldpc-demo。技术边界也要如实：当前增益仍被辅助比特与腔损耗压着；比特翻转的指数压低在 $\bar{n}$ 增大时撞上腔寿命与 Kerr 非线性的工程上限；d=5→7→9 的下一步同时考验猫尺寸工艺与传感器数量。云厂商三家的纠错站位由此清晰：AWS 玻色级联、IBM qLDPC、Google 表面码——横向比较见qec-2026-state-of-art。

延伸阅读

• cat-codes
• bias-preserving-gates
• bosonic-experiments
• neutral-atom-erasure
• bosonic-frontier-2026
• qec-2026-state-of-art