יונים לכודים — QCCD (הובלה בין אזורים) בסרגל המפה: יוני QCCD

הארכיטקטורה בדוח (§8.3)

8.3.4 יוני QCCD — יונים לכודים — QCCD (הובלה בין אזורים) (ion_qccd)

הרעיון. ההתקן הקוונטי המצומד-מטען (QCCD) מבצע כל שער בגביש קטן וקר, ובמקום זאת מזיז את היונים: מתחי אלקטרודות מסיעים קיוביטי שעון על-דקים דרך צמתים או אתרי רשת (cx_qccd) אל אזורים שבהם שער לייזר מולמר–סורנסן פועל על שני יונים [D][97]. הקיוביט שורד את הנסיעה; מצב התנועה אינו שורד אותה, ולכן כל הזזה עולה בפיצול, במיזוג ובקירור מחדש. ההימור: לוותר על קצב השעון תמורת נאמנות וקישוריות (כל זוג יכול להיפגש, בשגיאה שאף פריסה סטטית אינה משתווה לה), ואחר כך לקצר את זמן ההובלה מהר יותר מכפי שהמתחרים סוגרים את הפער בנאמנות. ב-Helios שער דו-קיוביטי נמשך ~70 µs, ושכבה על פני כל הרוחב ~55 ms [D][97].

מה היא צריכה. הסעת יונים דורשת מלכודות צמתים או מלכודות רשת, שמספר האלקטרודות שלהן גדל עם האוגר: 1,228 ב-Helios, המונעות על ידי 273 מתחים [D][97]. קודים משורשרים בקצב גבוה דורשים את הקישוריות של כל-לכל שההובלה קונה; ב-Helix, הזזת יון מתייגת מחדש קיוביט, ולכן שערי אוטומורפיזם אינם עולים דבר [P][5]. נושא הקיוביט, הקידוד, הקישוריות, הקריאה והחיבור הבין-מודולי מחזיקים טכנולוגיה אחת כל אחד; בשער, בבקרה ובייצור, ענפי הלייזר והאלקטרוניקה הם זוגות חלופות, ולכן ההובלה לבדה מגדירה את הארכיטקטורה. קוד הצבע, החלופה, מתנגש עם הזיווג. סבב הסינדרום הנגזר: 9.66 ms, מהם 9.04 ms הובלה [S] (§7.4).

היכן היא עומדת. שבע מכונות, ארבע מהן נספרות כהתקנים: H1-1, H2-1 ו-Helios של Quantinuum, ו-iQPU של Universal Quantum (Helix, קוד על Helios, הוא רכיב); Sol (2027, 192 קיוביטים) ו-Apollo הן תוכניות [R][118]. Helios, הגדולה שבהן, מחזיקה בשגיאת השער הדו-קיוביטי החציונית הטובה ביותר, 7.9×10⁻⁴ על פני כל הזוגות, עם SPAM של 3.3×10⁻⁴ [D][97]; עליה הורצו 48 קיוביטים לוגיים עם תיקון שגיאות בשגיאת שער לוגי של ~1×10⁻⁴ [D][105] וזיכרון Helix ב-4.6×10⁻⁵ לקיוביט לוגי למחזור, ללא בחירה בדיעבד [P][5]. ה-iQPU אינו מפרסם שגיאת שער; לאף מכונה שנבנתה אין טכנולוגיית חיבור בין-מודולי.

חריגים והשאלות. הולכת אור בפוטוניקה משולבת, הכיוון המוצהר של הארכיטקטורה, אינה קיימת באף מכונה שנבנתה: Helios מניעה כל פעולה באלומות ממוקדות במרחב חופשי, המקבילות לפני השבב [D][97] — ולכן, מאז 26 בספטמבר 2026, טכנולוגיית המרחב החופשי היא הטכנולוגיה הראשית של הארכיטקטורה, והפוטוניקה המשולבת היא החלופית; התאים של H1-1 ו-H2-1 הם ברמת עיתונות. המפענחים של Quantinuum נופלים מחוץ לשכבה 8: טבלאות חיפוש בזמן אמת ב-H1-1 וב-H2-1 (∅G-lut), ומפענח הבלוקים הלא-מקוון של Helix (∅G-frontier). Helix הוא קוד על Helios, לא מלכודת שנייה, והוא נספר כרכיב. ה-iQPU הוא הכלאה: שער מיקרוגל, בקרה על השבב וייצור במפעל ייצור מארכיטקטורת הבקרה האלקטרונית, והובלה מהארכיטקטורה הזו; הוא מתאים לשתיהן, עם שבע טכנולוגיות בכל אחת. החיבור הבין-מודולי שלו הוא הפער ∅G-ionmatter: יונים המועברים בין שני מודולי שבב בקצב של 2,424 העברות s⁻¹, עם אי-נאמנות הובלה מתחת ל-7×10⁻⁸ [D][117] — קישור המודולים היחיד של הארכיטקטורה שהודגם, שנזקף לזכות המשפחה בציון נתיב ההגדלה שלה (§2.3) ונעדר מהמפה. ההובלה חוצה את גבול המודול; שכבה 9, הפוטונית בלבד, משורטטת צרה מדי. בתא הייצור של ה-iQPU רשום מיקרו-ייצור של מלכודות בקו מסחרי של 200 mm, וטכנולוגיית מפעל ה-CMOS — כחלופה ברמת עיתונות. Innsbruck ו-QUARTET שואלות את הסעת היונים כחלופה.

המבחן הבא. Sol תכריע (§5.2): אישור אם תסופק ב-2027 עם שערים דו-קיוביטיים של ≥99.9% על הרשת הדו-ממדית ושכבה על פני כל הרוחב מתחת ל-10 ms, מהירה פי 5 מ-Helios; הורדה בדירוג אם תידחה אל מעבר ל-2027 או אם השכבה שלה תישאר בטווח של פי 2 מ-55 ms: מדגים של קודים, לא מכונה להרצת אלגוריתמים. הרף של הבונה עצמו נמוך יותר — Quantinuum הבטיחה ש-Sol תהיה "מהירה בערך פי שניים מ-Helios" — ועמידה בו תאשר את ההבטחה, לא את טענת הארכיטקטורה להרצת אלגוריתמים, שדורשת את פי ה-5. אות שני: מודול שלישי המקושר בהובלה.

מה אומרים הבונים. הטיעון של Quantinuum בעד הובלה הוא קישוריות: הזזת יונים מאפשרת לכל קיוביט להישזר עם כל קיוביט אחר, וכך, לדבריה, מתאפשרים קודים שפריסות קבועות אינן יכולות להריץ [C][834]; קוד Helix שלה משרשר קודים בדרך שלדבריה קשה ביותר ליישם בלי קיוביטים ניידים [C][835]. ב-2024 היא הבטיחה את Sol, עם מאות קיוביטים פיזיים בשגיאת שער דו-קיוביטי מתחת ל-2×10⁻⁴, מהירה בערך פי שניים מ-Helios, ואת Apollo, עם מאות קיוביטים לוגיים בשגיאה לוגית מתחת ל-10⁻⁶ [R][836]; מאז יוני 2025 Apollo מתוארכת ל-2029 [R][837]. באוגוסט 2026 חזר שבב המלכודת של Sol מהייצור לקראת השקה ב-2027, ו-Apollo עמדה בלוח הזמנים ל-2029 [R][123], [124]. Universal Quantum מקשרת שבבי מלכודת על ידי העברת יונים ביניהם, דרך שלדבריה מתרחבת למיליוני קיוביטים [C][838].

המכונות של ארכיטקטורה זו (במרשם: 7, מהן 4 התקנים, 4 בעלי שערים). Quantinuum — Helios (בהפעלה, 98), System Model H2 (H2-1, H2-2) (בהפעלה, 56), Helix architecture on Helios (הודגם, 20), System Model H1 (H1-1) (בהפעלה, 20), Apollo (מתוכנן), Sol (מתוכנן); Universal Quantum — iQPU / UQConnect (הודגם, 64).

תאים מחוץ למשבצות הארכיטקטורה (4). System Model H1 (H1-1): L8 ∅G-lut (פער אטלס — real-time lookup-table decoding of Steane [[7,1,3]] in-loop since 2021; no LUT node among ); System Model H2 (H2-1, H2-2): L8 ∅G-lut (פער אטלס — real-time lookup-table decoder); Helix architecture on Helios: L8 ∅G-frontier (פער אטלס — Frontier: block-specific offline decoder for concatenated high-rate codes, neither matchin); iQPU / UQConnect: L9 ∅G-ionmatter (פער אטלס — chip-to-chip matter link: UQConnect physically transfers ions between trap modules, 2,424 ).