→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

קיוביט אנלוגי יסוד–רידברג enc_gr

קיוביט דו-רמתי הבנוי ממצב יסוד אטומי |g⟩ וממצב רידברג |r⟩, המונע באופן גלובלי תחת המילטוניאן מטיפוס איזינג: הבסיס החישובי של סימולטורי רידברג אנלוגיים, לא קוד המדכא שגיאות.

קיוביט אנלוגי יסוד–רידברג

enc_gr · שכבה 2 קידוד · הודגם · מאז 2017
פתח במפה

שני המצבים החישוביים הם רמת יסוד ורמת רידברג: הקידוד המובנה של מכונת רידברג אנלוגית, שמגבלתה היא זמן החיים של רמת רידברג (~100 µs), לא הקוהרנטיות העל-דקה.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[262] J. Wurtz et al., “Aquila: QuEra's 256-qubit neutral-atom quantum computer,” arXiv:2306.117… · 2023
[384] H. Bernien et al., “Probing many-body dynamics on a 51-atom quantum simulator,” Nature, vo… · 2017
[385] L. Henriet et al., “Quantum computing with neutral atoms,” Quantum, vol. 4, Art. no. 327, … · 2020
[389] S. de Léséleuc, D. Barredo, V. Lienhard, A. Browaeys, and T. Lahaye, “Analysis of imperfec… · 2018
[388] H. Levine et al., “High-fidelity control and entanglement of Rydberg-atom qubits,” Phys. R… · 2018

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא
טבעי
(b) זמן · שזירה
—
(c) קריאה
—
(d) ניידות
—
(e) בקרה
—
(f) מבנה השגיאה
אובדן (מחיקה), קוהרנטית / כיול
(g) ייצור
—

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

אין תכונות מתוארכות

הקוהרנטיות מוגבלת על ידי זמן החיים של רמת רידברג ורעש הפאזה של הלייזר; אין זיכרון ברמת מדף.

רשומות סטנדרטיות

קוהרנטיות T2 (הד/DD) → 11 µs · טיפוסי
Aquila (QuEra): T2* 5.8 µs, T2 with echo 11.4 µs on the ground–Rydberg qubit; analog programs capped at 4 µs · 2023-06 · מקור [C] ⓘ
קוהרנטיות T2 (הד/DD) → 32 µs · הטוב ביותר
Harvard/MIT (2018): T2* 4.5(1) µs, spin-echo T2 32(6) µs on a ground–Rydberg atom qubit · 2018-09 · מקור [D]

שחקנים ויעדים — ביאורים

סימולטור אנלוגי של אטומים ניטרליים (מערכי רידברג, גזי סריג) — QuEra (Aquila), Pasqal (Fresnel; Orion in analogue mode), ICFO (QUIONE) · G1

קשתות

דורשת: אטום אלקלי (Rb/Cs) במלקחיים אופטיים°, אטום אלקלי-עפרורי או דומה לו (Yb/Sr) — מחיקה מובנית°
נחוצה עבור: התפתחות אנלוגית תחת המילטוניאן רידברג
חלופות: קיוביט על-דק / קיוביט מצב-שעון
° אחת מכמה שהיו מתאימות · הדרך המקובלת, לא דרישה מחייבת

בשימוש: 3 מכונות (2 ראשית · 1 חלופית)

↗ כרטיס המרשם שלה · מאמר / מוצר / עיתונות: קישורים שבהם המכונה נזכרת בשמה (הייחוס נבדק ב-20 בספטמבר 2026)

תמונות

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

Fig. 1 — Fig. 1: Illustrations of kinetically constrained qubit dynamics in the PXP model and its experimental realisation.a The blue and red curves display…
A three-part figure from a Rydberg-atom array experiment. Panel (a) plots, for each atom of a chain, how a spin observable oscillates in time under the constrained 'PXP' model, comparing an alternating start with one whose central spin is flipped; the difference spreads inside a light cone. Panel (b) draws the atom chain lit by global 780 nm and 480 nm Raman beams, with addressing lasers and a local perturbation; panel (c) is the level scheme in which the ground state is spin-down and the Rydberg state spin-up. From Nature Communications (2026) by De-Sheng Xiang, Lin Li and co-authors. It shows the ground–Rydberg analog qubit at work. “Fig. 1 — Fig. 1: Illustrations of kinetically constrained qubit dynamics in the PXP model and its experimental realisation.a The blue and red curves display the…” by Xiang et al., www.nature.com/articles/s41467-026-73520-3, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Figure 1: Post-quench dynamics in the 2D TFIM. (A) We consider quantum simulations of post-quench dynamics described by the 2D TFIM. The qubits are…
Four-part figure on quench dynamics of a two-dimensional transverse-field Ising magnet simulated with Rydberg atoms. Panel B carries the qubit: a ground level |↓⟩ and a Rydberg level |↑⟩ driven by a global Rabi frequency Ω and detuning δ, beside a small picture of a Pasqal 'Neutral atom QPU' cabinet and a fluorescence image of the square atom array; panels A, C and D give spin-lattice sketches, a phase diagram and measured magnetisation. It is Fig. 1 of arXiv 2608.07178 by T. Mendes-Santos and co-authors (256-qubit processor). It shows how an analog Rydberg machine encodes each qubit in a ground and a Rydberg level. “Fig. 1 — Figure 1: Post-quench dynamics in the 2D TFIM. (A) We consider quantum simulations of post-quench dynamics described by the 2D TFIM. The qubits are initialized…” by Tiago Mendes-Santos et al., arxiv.org/abs/2608.07178, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Extended Data Fig. 2 — Extended Data Fig. 2 Rydberg lifetime.a, Pseudo-level diagram of the Rydberg dynamics and associated decay channels. During Rydberg ev…
A five-panel figure measuring how the Rydberg state of strontium atoms decays. Panel (a) is a level diagram: a laser (Rabi frequency Ω) drives the metastable 3P0 state to the n = 61 Rydberg state, which decays either to states invisible to imaging ('dark', 85 µs) or to visible ones ('bright', 168 µs). Panels (b) and (c) measure these decays, with their pulse sequences as insets; panels (d) and (e) show the Rydberg drive pumping bright 3P2 atoms back, with lifetime 320/Ω² µs. It is Extended Data Fig. 2 of Scholl et al., Nature (2023). Bright decays are the ones that can be flagged as erasures. “Extended Data Fig. 2 — Extended Data Fig. 2 Rydberg lifetime.a, Pseudo-level diagram of the Rydberg dynamics and associated decay channels. During Rydberg evolution with Rabi…” by Scholl et al., www.nature.com/articles/s41586-023-06516-4, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
enc_gr · layer 2 קידוד · centrality 4.2 · demonstrated · since 2017 · updated 2026-09-26

קיוביט אנלוגי יסוד–רידברג

קיוביט דו-רמתי הבנוי ממצב יסוד אטומי |g⟩ וממצב רידברג |r⟩, המונע באופן גלובלי תחת המילטוניאן מטיפוס איזינג: הבסיס החישובי של סימולטורי רידברג אנלוגיים, לא קוד המדכא שגיאות.

Verdict. התקרה שלו היא זמן החיים של רמת רידברג, המוגבל בקרינת גוף שחור (~150 µs ל-70S של Rb ב-300 K), אך את חלון העבודה שלו קובעת דה-פאזה מדופלר ומרעש הפאזה של הלייזר (T2* ≈ 5–6 µs), המגבילה את התוכניות ב-Aquila ל-4 µs. נכון ל-2026-09-26 אין לו זיכרון ואין לו קוד, וקווי המכונות במודל השערים של שני הספקים משתמשים במקום זאת בבסיס העל-דק.

Key references

Ω = תדירות ראבי; Δ = היסט מתהודה; C6 = מקדם ואן דר ואלס; Rb = רדיוס החסימה; T2* = זמן הדה-פאזה בניסוי ראמזי; T2echo = זמן הקוהרנטיות בהד ספין; G1–G7 = מחלקות היעדים של הדוח (ראו "שחקנים וכלכלה").

זהות ומוצא

הקיוביט הוא זוג רמות בתוך אטום אחד: |g⟩ במכלול היסוד 5S1/2 ו-|r⟩ = |70S1/2⟩ במכונת ה-Rb-87 של QuEra, Aquila, שאליו מגיעים בהנעה דו-פוטונית של 420 nm + 1013 nm דרך 6P3/2 C[262]. "קידוד" מציין כאן את הבסיס החישובי של מכונה אנלוגית, לא קוד: התוכנית היא המילטוניאן, והפלט — תבנית של g/r. השושלת מתחילה בסימולטור מטיפוס איזינג של 51 אטומים של Harvard–MIT מ-2017 D[384], שבין מחבריו היה מנכ״ל QuEra, Alexander Keesling C[262]; מאמר הארכיטקטורה של Pasqal מכנה זאת הרמה האנלוגית, "תכנות של רצפי המילטוניאנים" C[385]. תכונות: נושא טבעי, שום דבר אינו מיוצר; אין לו זמן צעד, אופן בקרה או מיקום בקרה משלו; שגיאות של אובדן ושגיאות קוהרנטיות.

פיזיקה וגבולות

Aquila מריצה את H(t) = (Ω/2)Σᵢ(e^{iφ}|gᵢ⟩⟨rᵢ| + h.c.) − ΔΣᵢnᵢ + Σ_{i<j} C6/|xᵢ−xⱼ|⁶ nᵢnⱼ, nᵢ = |rᵢ⟩⟨rᵢ|, עם C6 = 5.42×10⁶ rad µm⁶ µs⁻¹ עבור 70S, |Ω| ≤ 15.8 rad/µs, |Δ| ≤ 125 rad/µs C[262]; הספרייה Pulser משתמשת באותה מוסכמה עבור הבסיס "ground-rydberg" של Pasqal C[386]. החסימה אוסרת שני עירורים בתוך Rb = (C6/Ω)^{1/6} ≈ 8.4 µm בהנעה מלאה S[262].

שלושה גבולות פועלים על |r⟩. דעיכה: 70S של Rb חי 410 µs ב-0 K אך 152 µs ב-300 K (60S: 104 µs) S[387], וקרינת גוף שחור אחראית ל-~63% מהקצב — זו התקרה, וגם ערוץ אובדן. דופלר: עבור אלומות המתפשטות זו נגד זו (k_eff ≈ 8.8 µm⁻¹) ב-10 µK, פיזור היסטים של σ ≈ 0.27 rad/µs נותן זמן 1/e בניסוי ראמזי של ≈ 5 µs S[262], התואם את ה-T2* = 4.5(1) µs שנמדד D[388]. רעש פאזה ופיזור: ההד משאיר T2 = 32(6) µs; ה-T1 = 51(6) µs משלב את זמן החיים של רמת רידברג, 146 µs, עם ~80 µs של פיזור מ-6P3/2 D[388]. ה-T2 העל-דק של 12.6(1) s במערך מלקחיים אופטיים של Cs D[138] אינו רלוונטי: את |r⟩ אי אפשר להעביר לרמת מדף, ולכן אין זיכרון.

מצב ההנדסה העדכני

טבלה
שנה נתון מי תג+מפתח
2017-07-13 מודל ניתן לתכנות מטיפוס איזינג של 51 אטומים על קיוביטי g–r Harvard/MIT D[384]
2018-05 ריסון תנודות הראבי של g–r יוחס לכמה אפקטים של אחוזים בודדים הקבוצה של Browaeys–Lahaye D[389]
2018-09 T2* 4.5(1) µs, T2echo 32(6) µs, נאמנות מצב בל 0.97(3) Harvard/MIT D[388]
2023-06-20 Aquila: 256 אתרים, T2* 5.8 µs, T2echo 11.4 µs, תקרה של 4 µs QuEra C[262]
2023-10-11 נאמנות מצב בל g–r ב-Sr ≥0.9971 לאחר השמטת מחיקות Caltech D[143]
2024-10-21 שבירת מיתר ב-(2+1)D, מערך קגומה, שינוי פתאומי של ההיסט המקומי QuEra, Zoller, Lukin D[226]

החלון כמעט לא זז: T2* עלה מ-4.5 ל-5.8 µs, ו-Aquila עוצרת תוכניות ב-4 µs, "סולם הזמן המשוער של התפתחות קוהרנטית" C[262].

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

שום דבר אינו מיוצר בשכבה הזאת; הייצור נמצא ב-fab_optics. הדרישה היא ספקטרלית: זוג לייזרי רידברג לצד מלקחיים אופטיים של 780 nm C[262], שרעש הפאזה שלהם, ולא ההספק, קובע את הקוהרנטיות; השיפור של 2018 הגיע מסינון במהוד ייחוס (FWHM ≈ 2π × 500 kHz) ומנעילת הזרקה D[388]. מעטפת קרה הייתה מזיזה את 70S מ-152 µs לעבר 410 µs S[387]; המרשם מתאר את המכונות המסחריות כפועלות בטמפרטורת החדר.

בקרה, קריאה ועומס הקלט-פלט

Aquila מניעה סט גלובלי אחד של Ω(t), Δ(t), φ(t) C[262], ולכן הקלט-פלט של ההנעה אינו גדל עם מספר האטומים; ההיסט המקומי, הידית הראשונה ברזולוציה של אתר בודד, הניע את השינוי הפתאומי בניסוי שבירת המיתר D[226] והובטח עבור Vela של Pasqal R[390]. הקריאה היא דימות הורס עם תקציב אסימטרי — רידברג שנקרא כיסוד 0.08, יסוד שנקרא כרידברג 0.01, שגיאת מילוי 0.007 C[262] — ולכן אכלוסי r נספרים בחסר S[262]. בקצב של פחות מ-10 ריצות בשנייה C[262], 10⁴ ריצות אורכות יותר מרבע שעה.

תפקיד במחסנית

בארכיטקטורה "סימולטור אנלוגי של אטומים ניטרליים (מערכי רידברג, גזי סריג)" (atom_analog) הטכנולוגיה ממלאת את משבצת 2; משבצות 7–9 (מהקוד ועד החיבור הבין-מודולי) ריקות. היא דורשת אטום בעל רמת רידברג (alkali), מספקת את מצבי היסוד–רידברג ש-g_rydanalog דורש, ומוחלפת בידי enc_hf. מכונות במרשם: Aquila (ראשית, ✅), Fresnel / Fresnel 2 (ראשית, 🔎), Orion Alpha/Beta/Gamma (חלופית, מצב אנלוגי על atom_rb, 🔎 מוסק). קווי מודל השערים משתמשים ב-enc_hf: Gemini של QuEra היא מכונה ספרתית של 260 קיוביטים C[137]; עבודת השערים של Harvard–MIT מקודדת ב-|F=1,mF=0⟩, |F=2,mF=0⟩ ומבקרת ב-53S1/2 רק במהלך השערים D[391]; Pasqal מניעה בסיס "ספרתי" נפרד |g⟩,|h⟩ בערוץ ראמאן C[386]. פנקס הפערים עומד בעינו: enc_hf אינו מתאר מכונות אנלוגיות. השיבוץ של טכנולוגיה זו ב-atom_rb/atom_ae הפך ל-atom_analog; לגרסה האלקלית-עפרורית D[143] אין מכונה במרשם.

ראיות — כיצד נמדדו המספרים

מדדי ביצועים של שערים אינם רלוונטיים; הנתונים הם T2*, T2 בהד, ריסון תנודות ראבי, הקוהרנטיות של זוג חסום ואסימטריית הקריאה. Aquila מפרסמת את כולם (ראבי 7.5 µs, ראבי של זוג חסום 8.9 µs) C[262], ואף אחד מהם לא נמדד מחדש באופן עצמאי; מעבר לטווח של סימולציה קלאסית, התוכניות נבדקות מול דיאגרמות פאזה D[226]. דרגות: Aquila ✅; Fresnel 🔎, שתמצית המאמר שלה מאשרת רק את החלוקה אנלוגי/ספרתי C[385]; Orion 🔎, שהבלוג המצוטט עליה אינו נוקב לא במצב אנלוגי ולא בקידוד C[390] — הגדרת הבסיס של Pulser היא ראיה טובה יותר.

דף המוצר של Gemini נוקב ב-⁸⁷Rb ובמצב דיגיטלי, לא בזוג העל-דק; שיוכו לקידוד העל-דק נשען על מאמרי השערים של Harvard–MIT. התמצית על שבירת המיתר אינה נוקבת ב-Aquila; רק המחברוּת של QuEra מצביעה עליה. לא פורסם: רמת רידברג, T2* וזמן ההד של Fresnel ושל Orion של Pasqal, בדפי Pasqal; ובטקסט של Aquila — גאומטריית האלומות שהונחה בהערכת דופלר ותת-הרמה F, mF של |g⟩ במצב האנלוגי.

שחקנים וכלכלה

מי.
ארגון תפקיד מדינה מה בדיוק הם עושים בטכנולוגיה זו ראיות
QuEra Computing מפתח ארה״ב Aquila, מכונת g–r של 256 אתרים עם תקציב קוהרנטיות פומבי C[262]
Pasqal מפתח צרפת Fresnel; הבסיס "ground-rydberg" ב-Pulser C[385]C[386]
Harvard/MIT (הקבוצה של Lukin) מחקר ארה״ב מקור סימולטור ה-g–r וניתוח הקוהרנטיות שלו D[384]D[388]
Caltech (הקבוצה של Endres) מחקר ארה״ב קיוביט g–r בסטרונציום עם גילוי מחיקות D[143]

כספים. נכון ל-2026-09-26 אין פריט כספי מתוארך הייחודי לקידוד יסוד–רידברג.

שוק ושרשרת אספקה. שני שחקנים מסחריים, ושניהם מוכרים גם מכונות במודל השערים; Pasqal מונה חמישה עננים מארחים וחמישה אתרים, בלי לציין את מצב הפעולה C[390]. הריכוזיות נמצאת בלייזרי רידברג ובמהודי הייחוס. היעד המשלם: G1.

קניין רוחני ותקנים. נכון ל-2026-09-26 לא נמצא תקן לנתוני קיוביטים אנלוגיים; מוסכמת ההמילטוניאן המשותפת היא הממשק בפועל C[262]C[386].

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. Pasqal (2026-01-29): Vela ב-2026, יותר מ-256 קיוביטים עם היסט מקומי; יתרון קוונטי מדיד לפני אמצע 2026 R[390] — לא נוקד כאן. המוצר הבא של QuEra הוא במודל השערים C[137].

פרשנות אסטרטגית. קנה מידה בלי בקרה לכל קיוביט, בלי קוד ובלי אחסון, תחום בחלון של כמה מיקרו-שניות. אם התוצאות האנלוגיות יעמדו באתגר של סימולציה קלאסית, הוא ישמור על נישת G1 כמצב פעולה של מכונות ספרתיות; אם לא, שני הספקים כבר מוכרים את החלופה העל-דקה.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר אם עד 2027-12-31 מכונה אנלוגית מסחרית תפרסם T2 מעל 20 µs; להוריד בדרגה אם Vela תסופק בלי נתוני קוהרנטיות, או אם עד 2027-06-30 לא תופיע תוצאת יתרון אנלוגי שעברה ביקורת עמיתים. שאלות פתוחות. (1) מדוע זמן ההד של Aquila הוא שליש מהערך של 2018? (2) כיצד T2 משתנה עם גודל האוגר? (3) האם קיוביטי g–r אלקליים-עפרוריים עם גילוי מחיקות יגיעו למוצר? (4) באיזו רמת רידברג ובאיזו קוהרנטיות פועלות Fresnel ו-Orion? (5) האם אסימטריית הקריאה מטה את דיאגרמות הפאזה שפורסמו?

מקורות
  1. [137] QuEra Computing Inc., “Gemini-Class Gate-Model Quantum Computer.” [Online]. Available: https://www.quera.com/gemini [C]
  2. [138] H. J. Manetsch, G. Nomura, E. Bataille, K. H. Leung, X. Lv, and M. Endres, “A tweezer array with 6100 highly coherent atomic qubits,” Nature, vol. 647, pp. 60–67, 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09641-4. arXiv:2403.12021. [D]
  3. [143] P. Scholl, A. L. Shaw, R. B.-S. Tsai, R. Finkelstein, J. Choi, and M. Endres, “Erasure conversion in a high-fidelity Rydberg quantum simulator,” Nature, vol. 622, p. 273, 2023, doi: 10.1038/s41586-023-06516-4. arXiv:2305.03406. [D]
  4. [226] D. González-Cuadra et al., “Observation of string breaking on a (2 + 1)D Rydberg quantum simulator,” Nature, vol. 642, no. 8067, pp. 321–326, Jun. 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09051-6. [D]
  5. [262] J. Wurtz et al., “Aquila: QuEra's 256-qubit neutral-atom quantum computer,” arXiv:2306.11727, Jun. 2023. [C]
  6. [384] H. Bernien et al., “Probing many-body dynamics on a 51-atom quantum simulator,” Nature, vol. 551, pp. 579–584, Nov. 2017, doi: 10.1038/nature24622. arXiv:1707.04344. [D]
  7. [385] L. Henriet et al., “Quantum computing with neutral atoms,” Quantum, vol. 4, Art. no. 327, Sep. 2020, doi: 10.22331/q-2020-09-21-327. arXiv:2006.12326. [C]
  8. [386] Pasqal (Pulser open-source project), “Conventions — Pulser 1.9.1 documentation,” Pulser documentation. [Online]. Available: https://pulser.readthedocs.io/en/stable/conventions.html [C]
  9. [387] I. I. Beterov, I. I. Ryabtsev, D. B. Tretyakov, and V. M. Entin, “Quasiclassical calculations of blackbody-radiation-induced depopulation rates and effective lifetimes of Rydberg nS, nP, and nD alkali-metal atoms with n ≤ 80,” Phys. Rev. A, vol. 79, no. 5, Art. no. 052504, 2009, doi: 10.1103/PhysRevA.79.052504. arXiv:0810.0339. [S]
  10. [388] H. Levine et al., “High-fidelity control and entanglement of Rydberg-atom qubits,” Phys. Rev. Lett., vol. 121, no. 12, Art. no. 123603, Sep. 2018, doi: 10.1103/PhysRevLett.121.123603. arXiv:1806.04682. [D]
  11. [389] S. de Léséleuc, D. Barredo, V. Lienhard, A. Browaeys, and T. Lahaye, “Analysis of imperfections in the coherent optical excitation of single atoms to Rydberg states,” Phys. Rev. A, vol. 97, no. 5, Art. no. 053803, May 2018, doi: 10.1103/PhysRevA.97.053803. arXiv:1802.10424. [D]
  12. [390] L. Garbini, “Inside Pasqal's 2026 Vision on Quantum for Industry and Research,” Pasqal, Jan. 29, 2026. [Online]. Available: https://www.pasqal.com/blog/inside-pasqals-2026-vision-on-quantum-for-industry-and-research/ [R]
  13. [391] S. J. Evered et al., “High-fidelity parallel entangling gates on a neutral-atom quantum computer,” Nature, vol. 622, no. 7982, pp. 268–272, Oct. 2023, doi: 10.1038/s41586-023-06481-y. arXiv:2304.05420. [D]