יונים לכודים — בקרה אלקטרונית של הקיוביט (שערי מיקרוגל / RF) בסרגל המפה: שערי יונים אלקטרוניים

הארכיטקטורה בדוח (§8.3)

8.3.6 שערי יונים אלקטרוניים — יונים לכודים — בקרה אלקטרונית של הקיוביט (שערי מיקרוגל / RF) (ion_elec)

הרעיון. להוציא את הלייזר משער השזירה: זרמים באלקטרודות של שבב המלכודת יוצרים שדה מיקרוגל שהגרדיאנט שלו מצמד קיוביט יון על-דק לתנועה המשותפת (g_elec); מסלולי ההנעה משותפים, ואלקטרודות כוונון מקומיות בוחרות את היונים [D][257]. פוטון מיקרוגל אינו מגיע לשום מצב מעורר, ולכן רצפת הפיזור של שערי הלייזר נעלמת: 8.4×10⁻⁵ בשני יונים, ללא קירור למצב היסוד [D][102]. המחיר הוא המהירות, שכן גרדיאנט חזק יותר מקרב את היון למשטחים המחממים אותו: 225.8 µs לשער [D][102] לעומת ~70 µs ב-Helios [D][97]. ההימור: בקרה שמתרחבת כמו אלקטרוניקה, ~200 מקורות ל-1,000 יונים [S] (§7.5).

מה היא צריכה. השער דורש בקרת מיקרוגל משולבת בשבב (ct_ionmw), וזו דורשת מסלולי זרם בתוך המלכודת: השבב הוא מערכת הבקרה, ואין דרך חזרה לשערי לייזר. הלייזרים נשארים לקירור, להכנת המצב ולקריאה בפלואורסצנציה. לנושא הקיוביט, לשער, לבקרה, לקריאה ולחיבור הבין-מודולי יש טכנולוגיה אחת כל אחד; בשאר השכבות האפשרויות מחליפות זו את זו: אפיק השרשרת או הסעה, קודי qLDPC או קודים בקצב גבוה (שניהם דורשים קישוריות של כל-לכל), Relay-BP או זיווג, מיקרו-ייצור של מלכודות או קו CMOS של 300 mm. בלי הובלה, סבב הסינדרום הנגזר מוגבל בשערים: 1.52 ms, מהם 1.4 ms בשערים [S] (§7.4).

היכן היא עומדת. שבע מכונות, שלושה התקנים, ולא הורצו בהן קוד, מפענח או קישור. QUARTET (Oxford Ionics/IonQ), ב-National Quantum Computing Centre של בריטניה, היא הגדולה שבהן, עם 32 קיוביטים (טבלה 8.3) — מספר שאף מקור ראשוני אינו מוסר; מאמר הראיות שלה מציג שבב בעל שבעה אזורים לעד 10 קיוביטים [D][257]. JION (eleQtron עם Forschungszentrum Jülich), שנחנכה ב-3 בספטמבר 2026, מריצה 30 יוני איטרביום ללא נאמנות שפורסמה [P][258]; קודמתה QSea I, המדגים בן 10 הקיוביטים של eleQtron עבור DLR Quantum Computing Initiative, פועלת בהמבורג מיולי 2024 [C][327]. לכן אין לארכיטקטורה שגיאה מיטבית בטבלה 8.3: ה-99.99% הוא שיא של שני יונים [D][102]. את Superion 256 אפשר להזמין: שבבים מתוצרת SkyWater, יונים שנלכדו באבות-טיפוס, ללא נאמנות של 256 קיוביטים [C][119]; IonQ Superion 10K (מסחרית ב-2028) [R][119] ו-NFQC-1k (≥1,000 פיזיים ו-50 קיוביטים לוגיים עד 2030) [R][126] הן תוכניות; XAPHIRO (QUDORA NFQC) בבנייה — יון ראשון נלכד ביוני 2025, וחמישים קיוביטים צפויים עד ינואר 2027; רק האמולטור שלה נגיש.

חריגים והשאלות. אף תא אינו יוצא ממשבצות הארכיטקטורה; החריגים נמצאים בראיות. Superion 256 לבדה ממלאת את כל עשר השכבות, מתוך תוכניות: קוד qLDPC מתוך הערכת משאבים [S][112], קישור פוטוני נטען [C][119], תא Relay-BP שבו רשום "algorithm not named" בעוד שהמפענח שפרסמה IonQ רץ על CPU אחד [S][111] (תיוג שגוי), וחלופה של קידוד מטא-יציב שאינה מצטטת דבר. שכבות 7–9 הן כוונותיה של IonQ. IonQ Superion 10K ו-NFQC-1k משאירות ארבע שכבות שלא פורסמו: שלב מוקדם. MAGIC של JION (צימוד המושרה על ידי גרדיאנט מגנטי) ממען יונים לפי תדר בגרדיאנט סטטי — מנגנון שני בתוך טכנולוגיה המוגדרת על ידי מנגנון השדה הקרוב: הטכנולוגיה משורטטת רחבה מדי. לחלופת ההסעה של QUARTET אין לוח זמנים. ה-iQPU של Universal Quantum (ארכיטקטורת QCCD) שואל את טכנולוגיות השער והבקרה ומתאים לשתי הארכיטקטורות במידה שווה: הכלאה.

המבחן הבא. Superion 256 צפויה להגיע למרכז המחקר של NVIDIA ול-Florida International University ב-2027 [C][130], [131]. אישור אם תיכנס לשירות עד סוף 2027 בשגיאת שער דו-קיוביטי של כ-10⁻⁴ על פני האוגר כולו, ותפרסם את זמן השער, החימום וההפרעה ההדדית (§5.2). הורדה בדירוג אם תידחה אל מעבר ל-2027, או אם השגיאה שלה תהיה גבוהה פי עשרה משיא שני היונים כאשר מאות ערוצי מיקרוגל חולקים פיסה אחת: הבקרה האלקטרונית תישאר אז שכבת הקיוביט היחיד במכונות שבהן השזירה נעשית בלייזר.

מה אומרים הבונים. Oxford Ionics טוענת שקיוביט אחד בנאמנות גבוהה שווה מאות קיוביטים גרועים, וצופה 13 קיוביטים פיזיים לכל קיוביט לוגי, ובלי תאריכים — 10,000+ קיוביטים באמצעות שכפול התכנון שלה בן 256 הקיוביטים [C][843]. IonQ, הבעלים שלה מאז 2025, מצפה שהבקרה האלקטרונית תוזיל את העלות לקיוביט פי יותר מ-300 לעומת לייזרים, ומקבלת הזמנות ל-Superion 256, באספקה ב-2027 [C][119]; עם CMOS על השבב היא מבטיחה סבילות מלאה לתקלות במעבדה שלה ב-2027, ובאופן מסחרי ב-2028 [R][119]. eleQtron מכנה את MAGIC, בקרת מיקרוגל עם גרדיאנט של שדה מגנטי, דרך ברורה להגדלה [C][128], [129], והיא חנכה את JION ב-Jülich בספטמבר 2026 [C][844]. הקונסורציום של QUDORA מכוון, בתוך חמש שנים, למדגים של 1,000 קיוביטים פיזיים ו-50 לוגיים בשגיאת שער לוגי מתחת ל-10⁻⁴ [R][126].

המכונות של ארכיטקטורה זו (במרשם: 7, מהן 3 התקנים, 3 בעלי שערים). IonQ — IonQ Superion 10K (מתוכנן, 10,000), Superion 256 (הוכרז, 256); Oxford Ionics (IonQ) — QUARTET (בהפעלה, 32); QUDORA Technologies — XAPHIRO (QUDORA 50-qubit NFQC prototype for the DLR Quantum Computing Initiative) (הוכרז); QUDORA Technologies-led consortium (TU Braunschweig, Leibniz University Hannover, PTB, Forschungszentrum Jülich, NXP Semiconductors Germany, AQT Germany) — NFQC-1k (מתוכנן, 1,000); eleQtron + Forschungszentrum Julich — JION (בהפעלה, 30); eleQtron with NXP Semiconductors and ParityQC, for the DLR Quantum Computing Initiative — QSea I (DLR QCI ion-trap demonstrator) (בהפעלה, 10).

תאים מחוץ למשבצות הארכיטקטורה (10). IonQ Superion 10K: L4 undisclosed במקום שבו הארכיטקטורה מצפה לטכנולוגיה; IonQ Superion 10K: L8 undisclosed במקום שבו הארכיטקטורה מצפה לטכנולוגיה; IonQ Superion 10K: L9 undisclosed במקום שבו הארכיטקטורה מצפה לטכנולוגיה; Superion 256: L7 undisclosed במקום שבו הארכיטקטורה מצפה לטכנולוגיה; Superion 256: L8 undisclosed במקום שבו הארכיטקטורה מצפה לטכנולוגיה; XAPHIRO (QUDORA 50-qubit NFQC prototype for the DLR Quantum Computing Initiative): L4 undisclosed במקום שבו הארכיטקטורה מצפה לטכנולוגיה; NFQC-1k: L4 undisclosed במקום שבו הארכיטקטורה מצפה לטכנולוגיה; NFQC-1k: L7 undisclosed במקום שבו הארכיטקטורה מצפה לטכנולוגיה; NFQC-1k: L8 undisclosed במקום שבו הארכיטקטורה מצפה לטכנולוגיה; NFQC-1k: L9 undisclosed במקום שבו הארכיטקטורה מצפה לטכנולוגיה.