6,100-qubit tweezer array

Raveh Neeman

doi:10.5281/zenodo.22674814

Caltech (Endres group)

6,100-qubit tweezer array

Caltech (Endres group) · אטומים ניטרליים · הודגם (Sep 2025) · 6100 קיוביטים פיזיים · גישה: במעבדה בלבד

ארכיטקטורה: מערך מלקחיים אופטיים לאטומי רידברג — אלקליים (Rb/Cs) · פתח במפה

פרופיל המרשם — הגרסה של המכונה לארכיטקטורה שלה (שדות המרשם באנגלית)

סוג הקיוביט: caesium hyperfine qubit

מנגנון השער: no entangling gate, no Rydberg gate and no two-qubit operation was demonstrated on this array

קישוריות: tweezer array; 33 W of laser power for 18,225 tweezers; the binding constraint above 1e4 sites is the AOD time-bandwidth product

בקרה: SLM/AOD laser control

מיקום הבקרה: optics (room temperature)

קריאה: fluorescence imaging

ראיה לשער: אין נתון שפורסם

דגלים: אין שער שזירה

טכנולוגיות לפי שכבה — התא של המכונה בכל שכבה

1 נושא הקיוביט	אטום אלקלי (Rb/Cs) במלקחיים אופטיים · ראשית ▣ Fig. 1a-b (single-shot / averaged images of single caesium atoms across an 11,998-site tweezer array) ✅ 6,100 caesium atoms in a ~12,000-site tweezer array - largest qubit array of any modality (Sep 2025)
2 קידוד	קיוביט על-דק / קיוביט מצב-שעון · ראשית ▣ Fig. 4a-c (hyperfine clock states \|0>,\|1>; Ramsey T2* 14.0 ms; XY16 T2 = 12.6(1) s); Methods: Qubit state preparation, control, and readout ✅ caesium hyperfine qubit; coherence ~12.6 s
3 מנגנון השער	— none — אין דבר בשכבה זו ▣ Fig. 5a (proposed zone-based universal processor layout); outlook text: Rydberg 2Q gates 'should be feasible' ✅ no entangling gate, no Rydberg gate and no two-qubit operation demonstrated on this array; entanglement stated as future work
4 קישוריות והובלה	הובלת אטומים במלקחי AOD (ארכיטקטורה מחולקת לאזורים) · ראשית ▣ Fig. 1c (two-SLM tweezer generation, NA 0.65 objective, 1.5 mm FOV); Fig. 5a-b (AOD transport up to ~610 um, cylindrical lensing) ✅ tweezer array of ~12,000 sites; above 1e4 sites the binding constraint is the AOD time-bandwidth product
5 בקרה	בקרה אופטית בלייזר + AOD/SLM (אטומים) · ראשית ▣ Fig. 1c (SLM/objective schematic); Fig. 4d (global RB, Clifford fidelity 0.999834(2)); Methods: Tweezer generation ✅ 33 W of laser power for 18,225 tweezers; single-qubit manipulation fidelity 99.98%; optics (room temperature)
6 קריאה	דימות פלואורסצנציה של מערכי אטומים · ראשית ▣ Fig. 2 (imaging histogram, photons per site, fidelity >99.99%); Fig. 3 (imaging survival 99.98952(1)%); Methods: Single-atom imaging ✅ fluorescence imaging
7 קוד	— none — אין דבר בשכבה זו ▨ 🔎 no QEC code; no two-qubit operation demonstrated
8 מפענח	— none — אין דבר בשכבה זו ▨ 🔎 no decoder; no QEC run
9 חיבור בין-מודולי	— none — אין דבר בשכבה זו ▤ Methods: Vacuum apparatus (single science glass cell; Ext. Data Fig. 1 vacuum schematic) ✅ single apparatus; monolithic, no interconnect
10 ייצור	הרכבה אופטית / מכנית (לייזרים, ואקום, אובייקטיבים) · ראשית ▤ Methods: Vacuum apparatus; Methods: Tweezer generation (glass cell, NA 0.65 objective, two water-cooled LCoS SLMs) ✅ room-temperature optical/vacuum assembly: 33 W laser across 18,225 tweezers, single apparatus

רשומות סטנדרטיות

קוהרנטיות T2 (הד/DD) → 13 s · best (largest-array coherence)

Sep 2025 · מקור

ראיות: ✅ 8 / 10

תמונות

כל תמונה מלווה בתיאור של מה שהיא מראה ובשורת הקרדיט שלה.

Fig. 1 — Representative single-shot image of single caesium atoms across an 11,998-site tweezer array תמונה חיצונית — נפתחת במקור

Fluorescence image (panel a of Fig. 1) of single caesium atoms, each a bright spot on a square grid of optical-tweezer sites, filling a roughly circular region on black. It is from 'A tweezer array with 6,100 highly coherent atomic qubits' by Hannah J. Manetsch, Manuel Endres and colleagues (Caltech), Nature, September 2025. Each tweezer is a focused laser spot holding at most one atom; notice the random gaps, since loading is chance-based and atoms must later be rearranged to fill a defect-free array.

Fig. 1 — Representative single-shot image of single caesium atoms across an 11,998-site tweezer array (arXiv preprint version) תמונה חיצונית — נפתחת במקור

Five-panel paper figure: a single-shot fluorescence image of caesium atoms randomly loaded into tweezers 7.2 µm apart across a ~900 µm circle; an averaged image of the ~12,000-site grid; a line drawing of the optics (two spatial light modulators, objective, qCMOS camera); a loading histogram; and a table of performance figures. From the arXiv preprint (18 March 2024) 'A tweezer array with 6100 highly coherent atomic qubits' by Manetsch, Endres and colleagues (Caltech). Notice only about half the sites hold an atom, so atoms must be rearranged.