סימולטור אנלוגי של אטומים ניטרליים (מערכי רידברג, גזי סריג) בסרגל המפה: סימולטור אטומים אנלוגי

הארכיטקטורה בדוח (§8.3)

8.3.9 סימולטור אטומים אנלוגי — סימולטור אנלוגי של אטומים ניטרליים (מערכי רידברג, גזי סריג) (atom_analog)

הרעיון. לשמור את מערך המלקחיים האופטיים האלקלי עם הלייזרים, ההובלה והדימות שלו; לוותר על השער: לייזרי רידברג גלובליים מניעים את האוגר כולו תחת המילטוניאן איזינג אחד — התפתחות אנלוגית תחת המילטוניאן רידברג (g_rydanalog) על הקיוביט האנלוגי יסוד–רידברג (enc_gr). צורות הגל Ω(t), Δ(t) והגאומטריה של האטומים הן התוכנית, ותמונת מצב של מחרוזת ביטים היא הפלט. ההימור: עבור פיזיקה של רבי-גופים (G1), התפתחות המילטונית מובנית מגיעה כבר עכשיו למאות אטומים. הארכיטקטורה מוותרת על זיכרון, על שערים ועל כל דרך לסבילות לתקלות.

מה היא צריכה. ההתפתחות דורשת את בסיס היסוד–רידברג, רמת רידברג בנושא הקיוביט ולייזרי רידברג גלובליים; הדימות — מעבר דימות. הקוד, המפענח והחיבור הבין-מודולי ריקים מעצם התכנון (§7.6): כאן הסימולציה האנלוגית חדלה להיות מחשב קוונטי במובן של המרשם. הקידוד הוא בסיס, לא זיכרון: אי אפשר לאחסן את |r⟩; ה-T2 של Aquila הוא 5.8 µs, והתוכניות נעצרות ב-4 µs [C][262]; השגיאות מצטברות באופן קוהרנטי בלי רגע שבו אפשר למדוד סינדרום, ולכן שום קוד אינו מתחבר ולשום מפענח אין קלט. בלי שער שזירה אלה התקנים, לא מעבדים (טבלה 8.3 אינה מציגה גודל של התקן בעל שערים ולא שגיאת שער דו-קיוביטי). קשת החלופות* היחידה מחליפה את סוג האטום.

היכן היא עומדת. שלוש מכונות, שלושה התקנים, אף אחד מהם אינו בעל שערים. Aquila (QuEra, 256 אטומי Rb-87, ב-Amazon Braket מנובמבר 2022) [C][262] נושאת את הפיזיקה: שבירת מיתרים ב-(2+1)D בתורת כיול, ללא טענת יתרון [D][226]. Fresnel / Fresnel 2 (Pasqal, נכנסה להפעלה ב-2023–2024) אינה מפרסמת שיעורי שגיאה. QUIONE (ICFO, אפריל 2024) מבצעת דימות של גז קוונטי של ⁸⁴Sr, אתר אחר אתר, בסריג של 813.4 nm, בנאמנות של יותר מ-94% [D][263]. מאז 26 בספטמבר 2026, ה-T₂ של הארכיטקטורה ב-§7.4 הוא ה-11.4 µs של הקיוביט יסוד–רידברג עצמו (Aquila, הד ספין) [C][262], ולא עוד שיא הצזיום העל-דק של נושא הקיוביט, 12.6 s [138], [139], שקיוביט בעל רמת רידברג אינו יכול לנצל. 25 מתוך 33 התאים מתועדים. אף מכונה אינה מאוחרת מ-2024; המכונות המאוחרות יותר של הספקים (Gemini-class, Libra, Orion, Vela) הן במודל השערים.

חריגים והשאלות. מכונות Pasqal בעלות שני אופני הפעולה הן תמונת ראי זו של זו: Fresnel / Fresnel 2 מריצה את האופן האנלוגי כראשי, ואת האופן הספרתי (קיוביט על-דק / קיוביט מצב-שעון, CZ בחסימת רידברג) ואת המלקחיים האופטיים הנוצרים ב-PIC — כחלופות; Orion Alpha / Beta ("Ruby") / Gamma, בארכיטקטורה האלקלית, הופכת את סדר אופני הפעולה; כל השאר תואם. כל אחת מתאימה לארכיטקטורה שלה בשבע טכנולוגיות לעומת חמש: הגבול עם atom_rb הוא החלפת אופן פעולה בשכבות 2–3 של אותה חומרה (הכלאה). השער מפריד בין סימולטור למעבד; את הקו שהסבילות לתקלות צריכה — קוד — אף אחת מהן לא חצתה. ל-QUIONE אין קידוד, שער ומצב רידברג: גז בוז–האברד בסריג (∅G-lattice, משותף עם MAQCS) תחת נושא קיוביט ששמו ניתן לקיוביטי מלקחיים אופטיים בעלי מחיקה מובנית, וכאן נבחר בדרך השלילה (ארבע טכנולוגיות במשבצת): הארכיטקטורה צרה מדי עבור סימולטורים של גזים קוונטיים בסריג. סימולטור הרידברג של Caltech על Sr, המסלק מחיקות [143], שהקשתות האלקליות-עפרוריות החדשות מתארות, אינו במרשם.

המבחן הבא. שתי ציפיות; ב-§5.2 אין שורה אנלוגית. אישור: עד 31 בדצמבר 2027 מכונה אנלוגית מסחרית מפרסמת נאמנות של מצב רב-גופי ב-60 אטומים או יותר, או T2* מעל 20 µs, או שתוצאה אנלוגית שורדת שנה של ערעור קלאסי (§2.8). הורדה בדירוג: אם Vela והמערכות הבאות של QuEra יסופקו ללא מפרט אנלוגי, ועד אמצע 2027 לא תוכרז מכונה שהאופן האנלוגי הוא הראשי בה, הסימולציה האנלוגית היא אופן פעולה — חלופות אנלוגיות של שכבות 2–3 ב-atom_rb — ולא ארכיטקטורה.

מה אומרים הבונים. Pasqal מריצה כבר היום עומסי עבודה אנלוגיים על חומרה שהיא מתכננת כך שתתפתח לעבר סבילות לתקלות [C][157]. ביוני 2025 היא הבטיחה מעבד של 250 קיוביטים שנבנה ליתרון קוונטי בבעיה תעשייתית, שיודגם בחלקה הראשון של 2026 [R][166], [167]. בספטמבר 2026 היא דיווחה על סימולציה של חומרים שמעבר להישג ידו המעשי של המחשוב הקלאסי [C][157]: 256 אטומים על Orion Beta שחזרו את המגנט TmMgGaO₄, בבדיקה מול מדידות בגביש [P][848]. QuEra אומרת שדינמיקה בזמן אמת של תורת כיול, בעשרות קיוביטים על Aquila, מגיעה לגבולות הסימולציה הקלאסית [C][849]. הטיעון של ICFO בעד QUIONE: סימולציה קוונטית יכולה לענות על שאלות שהמחשבים הנוכחיים אינם יכולים לענות עליהן, כגון מדוע חומרים מסוימים מוליכים ללא הפסדים בטמפרטורות גבוהות יחסית [C][850].

המכונות של ארכיטקטורה זו (במרשם: 3, מהן 3 התקנים, 0 בעלי שערים). ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques — QUIONE (הודגם); Pasqal — Fresnel / Fresnel 2 (בהפעלה, 100); QuEra — Aquila (בהפעלה, 256).

תאים מחוץ למשבצות הארכיטקטורה (4). QUIONE: L4 ∅G-lattice (פער אטלס — atoms held in a 2-D in-plane optical lattice plus light sheet at 813.4 nm; no per-atom mov); Fresnel / Fresnel 2: L2 קיוביט על-דק / קיוביט מצב-שעון (enc_hf, חלופית שנלקחה מארכיטקטורה אחרת); Fresnel / Fresnel 2: L3 CZ בחסימת רידברג (g_ryd, חלופית שנלקחה מארכיטקטורה אחרת); Fresnel / Fresnel 2: L5 מלקחיים אופטיים הנוצרים ב-PIC / אופטיקה משולבת לאטומים (ct_pic_trap, חלופית שנלקחה מארכיטקטורה אחרת).