יונים לכודים — מלכודת פאול ליניארית עם מיעון לייזר פרטני בסרגל המפה: שרשרת במיעון לייזר

הארכיטקטורה בדוח (§8.3)

8.3.5 שרשרת במיעון לייזר — יונים לכודים — מלכודת פאול ליניארית עם מיעון לייזר פרטני (ion_chain)

הרעיון. שרשרת סטטית אחת במלכודת פאול ליניארית: אופני התנועה הקולקטיביים שלה (cx_bus) מצמדים כל זוג, ולכן שער מולמר–סורנסן שוזר כל שני יונים בלי להזיז אותם, וכל יון מקבל אלומה משלו, המכוונת באופן אקוסטו-אופטי (ct_ionaod). הקיוביט הוא על-דק (Yb⁺, Ba⁺) או הקיוביט האופטי S–D של ⁴⁰Ca⁺ (enc_opt: AQT, Innsbruck, PIAST-Q). הארכיטקטורה מוותרת על אורך: N יונים חולקים N אופנים ברוחב פס קבוע, ולכן השערים מאטים ככל שהשרשרת גדלה, עד לחציון של 672 µs ב-30 היונים של Forte [D][100], [101]. ההימור: הקישוריות אינה עולה דבר בתוך שרשרת של עשרות יונים; קנה המידה נקנה בקצה שלה, בקישורים פוטוניים בין שרשראות — הארכיטקטורה המודולרית של Monroe et al. [S][252].

מה היא צריכה. השער דורש צימוד ספין–תנועה ושדות לייזר במרחב חופשי, ואלה דורשים אופטיקה נפחית. שתי הטכנולוגיות המגדירות את הארכיטקטורה מתנגשות זו עם זו (התנגשות פתוחה): צפיפות האופנים הופכת את השער לאיטי יותר ובעל נאמנות נמוכה יותר עם כל יון נוסף; המיתונים (שרשראות קצרות באזורים נפרדים, שערים אלקטרוניים במקטעים של ≤4 יונים) שייכים לארכיטקטורות יונים אחרות. קודי qLDPC וקודים בקצב גבוה דורשים את הקישוריות של כל-לכל שבשרשרת: ארבעה קיוביטים לוגיים ב-18 יונים [D][109]. הקידוד מציע שלוש טכנולוגיות המחליפות זו את זו (על-דק, אופטי, מטא-יציב); לנושא הקיוביט, לשער, לקישוריות, לקריאה ולחיבור הבין-מודולי יש טכנולוגיה אחת כל אחד; החיבור הבין-מודולי, קישור יון–פוטון פוטוני, נושא את הימור ההגדלה בקצב שיא של 250 s⁻¹ [D][116] לעומת ~10⁴ s⁻¹ הנדרשים [S] (§2.3). שכבה 10 משורטטת צרה מדי: שבבי אלקטרודות משטח מישוריים בלבד, בעוד ש-IBEX Q1 פועלת במלכודת להבים בעיבוד שבבי [D][253], והגביש של 512 היונים — במלכודת תלת-ממדית מונוליתית [D][121].

היכן היא עומדת. שש-עשרה מכונות, שלושה-עשר התקנים: Aria, Forte ו-40-ion Ba-133 qLDPC testbed של IonQ; IBEX Q1 ו-LYNX (15 קיוביטים, נפח קוונטי 32,768 במאי 2026 [C][128]) של AQT; PIAST-Q; QSCOUT של Sandia; AbaQ של Qudoor; המלכודות של Innsbruck ושל Maryland/Duke; הסימולטור האנלוגי בן 512 היונים של Tsinghua [D][121]. Tempo נספרת כהדגמה של 64 קיוביטים (ריצת #AQ 64 של IonQ על מערכת פיתוח) ללא שגיאת שער שפורסמה; המוצר בן 100 הקיוביטים עם "נאמנות של 99.9%" מוכרז לסוף 2026 [C][100], [101]. Perspective של Quantum Art (מערכת רב-ליבתית של 1,000 קיוביטים) [C][125] ומכונת 70 הקיוביטים של FIAN / Rosatom (35 יונים כקודיטים) הן הכרזות. ההתקן בעל השערים הגדול ביותר הוא אוגר הפיתוח בן 64 הקיוביטים של Tempo, ללא שגיאת שער שפורסמה; הגדול ביותר עם שגיאות שער שפורסמו, מערך הניסוי בן 40 היונים, הגיע לנקודת האיזון של הזיכרון בתוך רווחי השגיאה, 3.95(68) s לוגי לעומת 3.84(48) s פיזי, עם בחירה בדיעבד של אירועי דליפה [D][109]. ה-3.0×10⁻³ של Maryland/Duke הוא שגיאת קליפורד לוגית לאחר תיקון, לא נתון פיזי, והוא אינו נספר עוד [D][254]; לכן השגיאה הטובה ביותר בטבלה 8.3 היא ה-4.0×10⁻³ של הספק, ב-Aria וב-Forte [C][99]. IonQ, הספק הגדול ביותר, העבירה את היורשת שלה, Superion 256, לשערים אלקטרוניים [C][119].

חריגים והשאלות. Maryland/Duke נושאת שלושה חריגים: את הנתון הלוגי ההוא; קוד תת-מערכת של בייקון–שור ללא טכנולוגיה (∅G-subsystem; החלופה שלו, קוד בקצב גבוה, מקודדת קיוביט אחד); ותא קישור הממזג ניסוי נפרד, שיא ה-250 s⁻¹ [D][116], עם הקישור של Oxford ב-9.7 s⁻¹ [D][115]: שושלת, לא מכונה. Innsbruck שואלת את הסעת היונים (מלכודות מקוטעות) ואת טכנולוגיית מצבי הקסם [D][255]: שושלת החוצה את שתי ארכיטקטורות הלייזר, ושכבת קוד המשורטטת צרה מדי; המשוב ללא מדידה שלה הוא פער (∅G-coherent). החלופה של IBEX Q1 להסעה מתארת את מלכודות המחקר של AQT, לא את המוצר: תיוג שגוי. החלופה של Forte, מפעל CMOS, משליכה את המסלול של IonQ דרך SkyWater, ששימש לראשונה לשבבי 256 הקיוביטים של 2026 [C][119], על מכונה מ-2022. מערך הניסוי ו-Tempo מפענחים בחיפוש אלומה לא מקוון (∅G-beam), מחוץ לשכבה 8; תא הקוד של Tempo חוזר על ההרצה של מערך הניסוי. הגביש של Tsinghua הוא אנלוגי, תחת אלומות גלובליות (∅G-isinganalog, ∅G-crystal): הארכיטקטורה משורטטת רחבה מדי, וליונים אין ארכיטקטורה אנלוגית. הקישור של Quantum Art רשום כ-undisclosed, אולם המאמר שלה מחלק גביש אחד לתאים בעזרת פוטנציאלים אופטיים הניתנים להגדרה מחדש [S][256]: לא אפיק ולא הובלה — פער. הבקרה של Qudoor וכל התאים של Rosatom: פערי נתונים. השואלות ממנה: ארכיטקטורת הבקרה האלקטרונית לוקחת את האפיק התנועתי (JION, QUARTET, Superion 256); MAQCS של planqc — את הקיוביט האופטי.

המבחן הבא. הקישור מכריע: אישור אם קישור יון–פוטון יעבור את 10³ s⁻¹ עד סוף 2027; הורדה בדירוג אם עד סוף 2028 אף קישור לא יעבור פי ~10 משיא ה-250 s⁻¹. בקנה המידה של השרשרת: אישור אם עד סוף 2027 יופיעו שגיאות וזמני שער לכל זוג עבור Tempo או עבור שרשרת כלשהי של יותר מ-40 יונים; אם הפרסום יישאר ברמת הכותרות בזמן ש-IonQ מספקת שערים אלקטרוניים, הארכיטקטורה מצטמצמת למסדים ולמעבדות ומשאירה את הסבילות המוקדמת לתקלות לארכיטקטורות יונים אחרות.

מה אומרים הבונים. IonQ הגיעה ל-#AQ 64 (מדד הקיוביטים האלגוריתמיים שלה) במערכת פיתוח של Tempo, בשרשרת יונים אחת עם קישוריות של כל-לכל [C][839]; באפריל 2026 היא קישרה שתי מכונות מסחריות באמצעות פוטונים, וקבעה שהגדלה מעבר לשבב אחד היא הכרחית [C][589]. AQT טוענת לנפח קוונטי של 32,768 עבור LYNX, הסדרה שלה המותקנת בארון, שהיחידות הראשונות שלה צפויות ברבעון הרביעי של 2026 [C][128], [129]. Quantum Art מחלקת שרשראות ארוכות לליבות שגבולותיהן מוגדרים בלייזר, ומבטיחה 1,000 קיוביטים פיזיים ועד 100 לוגיים ב-2027, ומיליון פיזיים עד 2033 [R][840]. FIAN הגיע ל-50 קיוביטים באמצעות קודיטים, יונים המשתמשים ביותר משתי רמות, וכך הכפיל את המספר בזול [C][841]; באוגוסט 2026 עברו FIAN ו-Russian Quantum Center למלכודות מישוריות, שבהן היונים מוסעים בין מערכים קטנים ולא בשרשרת אחת [C][842].

המכונות של ארכיטקטורה זו (במרשם: 16, מהן 13 התקנים, 11 בעלי שערים). IonQ — Tempo (הודגם, 64), 40-ion Ba-133 qLDPC testbed (IonQ: a Tempo engineering test system) (הודגם, 40), Aria (בהפעלה, 32), Forte / Forte Enterprise (בהפעלה, 30); Alpine Quantum Technologies — AQT LYNX (הודגם, 15), IBEX Q1 (Marmot / PINE) (בהפעלה, 12); Quantum Art — Montage (first-generation QaaS system, up to 50 qubits) (הוכרז, 50), Perspective (1,000-qubit multi-core system) (הוכרז); IQOQI Innsbruck (Austrian Academy of Sciences) with the University of Innsbruck (M. Joshi, C. Roos) — Innsbruck trapped-ion analog quantum simulator (up to 51 ions) (הודגם, 51); Lebedev Physical Institute (FIAN) and the Russian Quantum Center, Rosatom roadmap — 70-qubit ion quantum computer (FIAN / Rosatom roadmap) (הוכרז, 70); Poznan Supercomputing and Networking Center (PCSS) — PIAST-Q (בהפעלה, 20); Qudoor (Guokaike) — Aba|Qu 1.0 (Tiansuan-1, 天算1号) (בהפעלה); Sandia National Laboratories — QSCOUT (Quantum Scientific Computing Open User Testbed) (בהפעלה, 6); Tsinghua University (Duan group) — 2-D site-resolved ion simulator (הודגם, 512); University of Innsbruck — University of Innsbruck trapped-ion demonstrator (Institut für Experimentalphysik) (הודגם, 20); University of Maryland / Duke University — Maryland / Duke Quantum Center (EURIQA lineage) (הודגם, 13).

תאים מחוץ למשבצות הארכיטקטורה (13). 40-ion Ba-133 qLDPC testbed (IonQ: a Tempo engineering test system): L8 ∅G-beam (פער אטלס — beam-search decoder (Delfosse) for the qLDPC codes, run offline; no Atlas node for search ); Montage (first-generation QaaS system, up to 50 qubits): L5 undisclosed במקום שבו הארכיטקטורה מצפה לטכנולוגיה; Montage (first-generation QaaS system, up to 50 qubits): L9 undisclosed במקום שבו הארכיטקטורה מצפה לטכנולוגיה; Perspective (1,000-qubit multi-core system): L5 undisclosed במקום שבו הארכיטקטורה מצפה לטכנולוגיה; Perspective (1,000-qubit multi-core system): L9 undisclosed במקום שבו הארכיטקטורה מצפה לטכנולוגיה; Aba|Qu 1.0 (Tiansuan-1, 天算1号): L5 undisclosed במקום שבו הארכיטקטורה מצפה לטכנולוגיה; 2-D site-resolved ion simulator: L3 ∅G-isinganalog (פער אטלס — global laser-driven spin–spin coupling; analog Ising simulator in a 2-D ion crystal, not a); 2-D site-resolved ion simulator: L4 ∅G-crystal (פער אטלס — static 2-D Coulomb crystal, power-law all-to-all coupling (511 neighbours), no transport); University of Innsbruck trapped-ion demonstrator (Institut für Experimentalphysik): L4 הסעת יונים (QCCD, צמתים, מלכודות רשת) (cx_qccd, חלופית שנלקחה מארכיטקטורה אחרת); University of Innsbruck trapped-ion demonstrator (Institut für Experimentalphysik): L8 ∅G-coherent (פער אטלס — measurement-free: syndromes mapped into an auxiliary register, coherent feedback unitary r); Innsbruck trapped-ion analog quantum simulator (up to 51 ions): L3 ∅G-isinganalog (פער אטלס — analog long-range Ising / XY interaction from a bichromatic beam coupling all transverse m); Innsbruck trapped-ion analog quantum simulator (up to 51 ions): L4 ∅G-crystal (פער אטלס — static linear Coulomb chain, long-range (J0 = 185 rad/s, alpha = 0.97 at 51 ions), no tran); Maryland / Duke Quantum Center (EURIQA lineage): L7 ∅G-subsystem (פער אטלס — Bacon–Shor [[9,1,3]] subsystem code on 13 ions: FT prep, FT measurement, logical rotation,).