→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

קיוביט על-דק / קיוביט מצב-שעון enc_hf

שתי תת-רמות על-דקות, או תת-רמות של ספין גרעיני, של מצב היסוד בנקודת שעון שאינה רגישה לשדה; קיוביט ברירת המחדל של כל ספק של יונים לכודים ושל אטומים ניטרליים.

קיוביט על-דק / קיוביט מצב-שעון

enc_hf · שכבה 2 קידוד · הודגם · מאז 1995
פתח במפה

רמות על-דקות של מצב היסוד (או רמות ספין גרעיני) של אטומים ויונים; קוהרנטיות של שניות עד שעות.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[104] P. Wang et al., “Single ion-qubit exceeding one hour coherence time,” Nat. Commun., vol. 1… · 2021
[374] C. R. Monroe, D. M. Meekhof, B. E. King, W. M. Itano, and D. J. Wineland, “Demonstration o… · 1995
[103] M. C. Smith, A. D. Leu, K. Miyanishi, M. F. Gely, and D. M. Lucas, “Single-qubit gates wit… · 2025
[97] A. Ransford et al., “A 98-qubit trapped-ion quantum computer with all-to-all connectivity,… · 2026
[138] H. J. Manetsch, G. Nomura, E. Bataille, K. H. Leung, X. Lv, and M. Endres, “A tweezer arra… · 2025

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא
טבעי
(b) זמן · שזירה
—
(c) קריאה
—
(d) ניידות
—
(e) בקרה
—
(f) מבנה השגיאה
פאולי סטוכסטית, דליפה
(g) ייצור
—

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

leakage per 1Q Clifford (Helios) → 1.1×10⁻⁵
מגדירה: ערוץ השגיאה · 2025-11 · מקור

שחקנים ויעדים — ביאורים

יונים לכודים — QCCD (הובלה בין אזורים) — Quantinuum (H1, H2, Helios, Sol), Universal Quantum · G2 G3 G6 G7
יונים לכודים — מלכודת פאול ליניארית עם מיעון לייזר פרטני — IonQ (Aria, Forte, Tempo), AQT, Qudoor, Maryland/Duke (EURIQA), Innsbruck · G2 G3 G6 G7
יונים לכודים — בקרה אלקטרונית של הקיוביט (שערי מיקרוגל / RF) — Oxford Ionics (IonQ), eleQtron, QUDORA, Universal Quantum · G2 G3 G6 G7
מערך מלקחיים אופטיים לאטומי רידברג — אלקליים (Rb/Cs) — Harvard/MIT, QuEra (Gemini), Pasqal (Orion), Infleqtion, Google (2026; species not stated) · G1 G3 G7
מערך מלקחיים אופטיים לאטומי רידברג — אלקליים-עפרוריים (Yb/Sr), מחיקה מובנית (חלופית) — Atom Computing/Microsoft, Princeton, Caltech, planqc, Yaqumo · G1 G3 G7

קשתות

דורשת: יון אטומי לכוד°, אטום אלקלי (Rb/Cs) במלקחיים אופטיים°, אטום אלקלי-עפרורי או דומה לו (Yb/Sr) — מחיקה מובנית°
חלופות: קידוד מחיקה מטא-יציב ("omg"), קיוביט אופטי צר-קו (S–D ביון, שעון אטומי), קיוביט אנלוגי יסוד–רידברג
מתנגשת עם:
דימות פלואורסצנציה של מערכי אטומים הוצגה הפחתה בקנה מידה קטן
אור דימות של אותו מין, המפוזר ונבלע מחדש, גורם לדה-פאזה באטומי הנתונים העל-דקים
מחיר דימות באמצע המעגל של אטום אחד מפזר אור תהודתי שהקיוביטים העל-דקים המאוחסנים בולעים; ללא הפרדה או העברה לרמת מדף, קיוביטי הנתונים מאבדים קוהרנטיות בכל מדידה
הפחתה אזור קריאה נפרד שמגיעים אליו בהובלה (cx_aod), מין שני, או העברת קיוביטי הנתונים לרמות מדף מטא-יציבות (enc_omg) · 2023-05
גילוי מצב בפלואורסצנציה (יונים, פגמים) הוצגה הפחתה בקנה מידה קטן
אור גילוי הפלואורסצנציה מגיע ליוני הצופה בזמן קריאה באמצע המעגל
מחיר אור הגילוי על יון אחד מגיע לשכניו באותה שרשרת; מדידה באמצע המעגל של קיוביט על-דק דורשת לכן מרחק או מכלול מוסתר
הפחתה מלכודות QCCD מחולקות לאזורים המרחיקות את היון הנמדד (cx_qccd), מין שני, או העברה לרמת מדף מטא-יציבה (enc_omg) · 2021-04
° אחת מכמה שהיו מתאימות · הדרך המקובלת, לא דרישה מחייבת

בשימוש: 45 מכונות (44 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.

Extended Data Fig. 1 — Extended Data Fig. 1 Atomic-level diagram and pulse sequence.a, Level diagram showing key levels of 87Rb used in our quantum circuits.…
Two-panel figure. (a) Level diagram of rubidium-87: the qubit is the hyperfine clock pair |0⟩ = |F=1, mF=0⟩ and |1⟩ = |F=2, mF=0⟩ of 5S1/2, 6.8 GHz apart, rotated by a 795 nm Raman laser; 420 nm and 1013 nm lasers excite |1⟩ through 6P3/2 to the 53S1/2 Rydberg state |r⟩ for the entangling gate. (b) A two-qubit circuit and its laser timing: composite (BB1) Raman pulses, one CZ pulse, and a 780 nm push-out and image for readout. It is Extended Data Fig. 1 of Evered et al., Nature (2023). The Rydberg state is visited only during the gate; the qubit lives in the hyperfine pair. “Extended Data Fig. 1 — Extended Data Fig. 1 Atomic-level diagram and pulse sequence.a, Level diagram showing key levels of 87Rb used in our quantum circuits. The clock states, |0⟩…” by Evered et al., www.nature.com/articles/s41586-023-06481-y, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Fig. 1: Experimental setup.a Energy levels of 171Yb+ and 138Ba+ ion and cutaway view of the μ-metal shielding enclosing octagon chamber. The shieldi…
A two-part figure of a trapped-ion memory experiment. Part (a) gives the energy levels of the ytterbium-171 ion — the qubit is the pair of ground hyperfine states 12.642812118 GHz apart — and of a barium-138 ion, around a cut-away drawing of the magnetic shield enclosing the octagonal vacuum chamber and trap. Part (b) is the control diagram: microwaves synthesised from a crystal oscillator reach the ions through a horn, while a 369 nm laser passes modulators, a shutter and acousto-optic modulators into a fibre; a photomultiplier detects fluorescence. From Nature Communications (2021) by Pengfei Wang, Kihwan Kim and co-authors, on a single-ion qubit with coherence estimated beyond one hour. “Fig. 1 — Fig. 1: Experimental setup.a Energy levels of 171Yb+ and 138Ba+ ion and cutaway view of the μ-metal shielding enclosing octagon chamber. The shielding has ten…” by Wang et al., www.nature.com/articles/s41467-020-20330-w, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Figure 1: Illustration of EIT-based fast adiabatic CNOT gates with HISs. (a) shows the atomic energy levels in e.g., Cs atoms. The control qubit ato…
Schematic drawing of an energy-level scheme for a two-atom quantum gate. Panel (a) shows a control and a target caesium atom: the target qubit is stored in two hyperfine 'clock' levels of the ground state (6S1/2, F=3 and F=4), and laser fields couple it through two hyperfine intermediate levels to a highly excited Rydberg level; panels (b1) and (b2) sketch how atomic populations stay or transfer. From arXiv 2606.11655 by Fan, Zhao, Zhang, Xie and Qian, a theory proposal for fast adiabatic CNOT gates. It shows how a hyperfine qubit in a neutral atom is entangled through the Rydberg interaction. “Fig. 1 — Figure 1: Illustration of EIT-based fast adiabatic CNOT gates with HISs. (a) shows the atomic energy levels in e.g., Cs atoms. The control qubit atom is…” by Jiayin Fan, Xingdong Zhao, Manqi Zhang, Fangfang Xie, Jing Qian, arxiv.org/abs/2606.11655, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
enc_hf · layer 2 קידוד · centrality 7.2 · demonstrated · since 1995 · updated 2026-09-03

קיוביט על-דק / קיוביט מצב-שעון

שתי תת-רמות על-דקות, או תת-רמות של ספין גרעיני, של מצב היסוד בנקודת שעון שאינה רגישה לשדה; קיוביט ברירת המחדל של כל ספק של יונים לכודים ושל אטומים ניטרליים.

Verdict. השכבה המבדלת פחות מכול במחסנית היונים והאטומים — אוניברסלית, ולכן אין בה לא חפיר תחרותי ולא נעילת מתחרים; התחרות מתנהלת שכבה אחת מעליה, באופן שבו מניעים את הקיוביט.

Key references

Λ = מקדם דיכוי השגיאות לכל צעד במרחק הקוד; QBI = DARPA Quantum Benchmarking Initiative (שלב A — רעיון → B — תוכנית מו״פ → C — אימות ותיקוף (V&V) ממשלתיים); G1–G7 = מחלקות היעדים של הדוח (ראו "שחקנים וכלכלה").

זהות ומוצא

שתי תת-רמות על-דקות (או תת-רמות של ספין גרעיני) של מצב היסוד, בעוצמת שדה מגנטי שבה הסטת זימן מסדר ראשון מתאפסת ונשאר רק האיבר הריבועי: קוהרנטיות של שניות עד שעות, וזיכרונות של יון בודד מגיעים לסדר גודל של שעה [104]. השושלת היא שושלת התחום עצמו: שער הלוגיקה הראשון במלכודת יונים, ב-NIST, אחסן קיוביט במצבים הפנימיים של יון יחיד מקורר-לייזר (Monroe, Meekhof, King, Itano, Wineland, PRL 75, 4714, 1995) [374], ומאז זו ברירת המחדל ליונים, ובהמשך גם לאטומים.
f = פאולי + דליפה — דליפה לתת-רמות שכנות, שאינה נראית למפענח המניח רעש פאולי; היקף: ארבע ארכיטקטורות — יונים ב-QCCD ויונים בשערים אלקטרוניים, אטומים אלקליים ואטומים אלקליים-עפרוריים [graph].

פיזיקה וגבולות

נקודת השעון מבטלת את הרגישות לשדה מסדר ראשון; מה שנשאר הוא איבר זימן הריבועי ועוד גרדיאנטים של השדה לרוחב האוגר, ולכן הזיכרון מידרדר עם גודל האוגר, ולא רק עם הזמן. הזיכרון אינו הגבול — ההנעה היא הגבול. שערי ראמאן נושאים שגיאת פיזור ספונטני שיורדת רק כ-~1/Δ, והפוטון המפוזר נוחת בדרך כלל מחוץ למכלול הקיוביט: דליפה, לא שגיאת פאולי. סילוק הלייזר מסלק את האיבר הזה — 2Q 99.97(1)%, 1Q 99.99916(7)% במלכודת של עשרה קיוביטים ושבעה אזורים Dfact, ו-8.4×10⁻⁵ ללא קירור למצב היסוד D[102]. אופן הבקרה הוא שמזיז את הרצפה, לא הקידוד.

מצב ההנדסה העדכני

טבלה
תאריך נתון מי תג+מפתח
2024-12-05 קיוביט שעון של ⁴³Ca⁺, מהוד מיקרוגל על השבב, טמפרטורת החדר, ללא מיגון: 1.5(4)×10⁻⁷ לכל קליפורד, T₂ ≈ 70 s Oxford D[103]fact
2025-11 צי Helios (98 Ba⁺): 1Q 2.5×10⁻⁵, 2Q 7.9×10⁻⁴, דליפה 1.1×10⁻⁵ לכל קליפורד Quantinuum D[97]

באטומים: T₂ על-דק של Cs = 12.6 s במערך של 6,100 אטומים D[138]. האיבר ברמת הצי: דליפה בשער הדו-קיוביטי, ~10⁻⁵ לכל קליפורד ביונים, לעומת ~10⁻⁴ לאטום לכל שער במערכים.

ספירות PatSnap מערבבות פטנטים ומאמרים. לא פורסם: האיזוטופ והמעבר של זיכרון ה-Yb⁺ בקנה מידה של שעות, שהתמצית שלו מכנה אותו "a single Yb ion-qubit memory"; מקבילה רב-קיוביטית ממוצעת-צי ל-1.5(4)×10⁻⁷ של Oxford; וספק מתוארך של ¹³⁷Ba או ¹⁷¹Yb מועשרים איזוטופית, ולכן צוואר הבקבוק של ההעשרה אינו מאושר.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

אין תהליך ייעודי; הקידוד נשען על כל מה שמקיף את המין האטומי (Ba⁺, Yb⁺, Ca⁺, Cs, Rb, Sr). שתי משפחות בקרה, שתי שרשראות אספקה: שערי ראמאן דורשים את מערכת האופטיקה כולה — Helios מפעיל שבעה אורכי גל ויותר על פני 1,228 אלקטרודות — בעוד שפסי מיקרוגל על השבב מסלקים אותה ומעבירים את העומס לייצור המלכודות, ש-IonQ הפנימה ברכישת SkyWater C[19]; eleQtron מוכרת את אותו רעיון בשם MAGIC C[129]. ¹³⁷Ba ו-¹⁷¹Yb מועשרים הם צוואר הבקבוק הסביר, אך לא נמצאה עובדה מתוארכת על ספק; אין ECCN ייחודי.

תפקיד במחסנית

ארכיטקטורות: הקידוד הראשי של כל שלוש ארכיטקטורות היונים הלכודים (QCCD; מלכודת פאול ליניארית עם מיעון לייזר פרטני; בקרה אלקטרונית של הקיוביט) ושל מערך המלקחיים האופטיים לאטומי רידברג אלקליים, והקידוד החלופי במערך המלקחיים האופטיים האלקלי-עפרורי. אינו דורש דבר — קידוד הבסיס, הטכנולוגיה החוזרת בשימוש יותר מכל אחרת בעץ. קשת ה"מחליף" שלו אל omg היא הרחבה: omg שומר על מצבי היסוד האלה ומוסיף מכלול מטא-יציב, כך שמין אחד מספק את הקיוביט, את קיוביט העזר ואת הקירור fact. הוא אינו מוסיף דבר לשעון הנגזר, שבארכיטקטורת ה-QCCD נקבע בידי ההובלה — סבב של 9.66 ms, לעומת שכבה ברוחב מלא של ~55 ms שנמדדה (≈18 שכבות/s) ושער של 70 µs. אימות: ה-1.5(4)×10⁻⁷ של Oxford הוא קיוביט אחד במערכת ייעודית, וה-2.5×10⁻⁵ של Quantinuum הוא ממוצע צי של 98 יונים — שלושה סדרי גודל ביניהם; רק נתון הצי הוא קלט ארכיטקטוני.

שחקנים וכלכלה

מי.
ארגון תפקיד מדינה מה בדיוק ראיות
Quantinuum מפתח ארה״ב Helios, 98 קיוביטי Ba⁺ D[97]
IonQ מפתח ארה״ב שערים אלקטרוניים, מפעל ייצור מלכודות משלה D[102]C[19]
University of Oxford מחקר בריטניה שיא השער החד-קיוביטי ב-⁴³Ca⁺ D[103]
Atom Computing מפתח ארה״ב קיוביטי שעון בספין הגרעיני של Yb C[154]

כספים.
2026-06-03 · Quantinuum · הנפקה ראשונית לציבור, Nasdaq QNT, אחרי סבב מספטמבר 2025 לפי שווי של $10 B לפני הכסף · $1.68 B ברוטו · נסגרה Cfactfact
2026-07-31 · IonQ · רכישת SkyWater נסגרה · ~$1.8 B Cfact

שוק ושרשרת אספקה. שום דבר אינו נמכר בתור "קידוד על-דק": הכסף נמצא בהנעה — שרשראות לייזר מול מלכודות מיקרוגל. הריכוזיות נמוכה באופטיקה ועולה במלכודות, עכשיו כש-IonQ מחזיקה מפעל ייצור. היעדים המשלמים: G3/G4/G7 — המצע שמתחת לכמעט כל קיוביט לוגי שהודגם עד כה.

קניין רוחני ותקנים. PatSnap Eureka (2026) מדרגת את IonQ במקום הראשון בין בעלי הזכויות הנקובים בשמם, עם 9+ רשומות (5 JP, 2 EP, 2 IL בבחינה) על פולסי שערים ועל אופני תנועה; הספירה מערבבת פטנטים עם מאמרים P[375].

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. Quantinuum: Sol ב-2027, Apollo ב-2029 (הובטח 2024-09-10); Helios הגיע בזמן, 2025-11-05, וקצב של 10× בשנה בנפח הקוונטי נשמר. IonQ: 256 קיוביטים ב-99.99% נדחו למחצית הראשונה של 2027, ו-4,000 קיוביטים עד 2026 (הובטח ב-2020) הוחמצו בפער של ~40×. Quantinuum עומדת בתאריכים, IonQ — בפיזיקה.

פרשנות אסטרטגית. האוניברסליות היא העיקר: כולם משתמשים בו, ולכן אין בו לא חפיר תחרותי ולא נעילת מתחרים. התחרות היא על ההנעה. אם בקרה אלקטרונית מלאה תגדל מעבר לעשרה קיוביטים, שרשרת הלייזרים תהפוך לנטל עבור Quantinuum ועבור כל ספק אטומים; אם לא, IonQ קנתה מפעל ייצור בשביל תוצאת מעבדה.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר אם בקרה אלקטרונית מלאה תגיע לממוצע צי מתחת ל-10⁻⁵ עם דליפה מפורסמת, או אם קבוצה שנייה תשחזר את ה-8.4×10⁻⁵; להוריד בדרגה אם תישאר תוצאה של עשרה קיוביטים. התרחיש הטוב ביותר ל-2029: קיוביטים על-דקים המונעים במיקרוגל הם ברירת המחדל. התרחיש הגרוע ביותר: דליפה המוגבלת בגרדיאנטים של השדה עוצרת את היונים סביב 10⁻⁵, ו-omg תופס את מקומו כבסיס.

מקורות
  1. [19] IonQ, “IonQ Completes Acquisition of SkyWater Technology,” Jul. 31, 2026. [Online]. Available: https://www.ionq.com/news/ionq-completes-acquisition-of-skywater-technology [C]
  2. [97] A. Ransford et al., “A 98-qubit trapped-ion quantum computer with all-to-all connectivity,” Nature, vol. 655, no. 8121, pp. 81–86, Jun. 2026, doi: 10.1038/s41586-026-10676-4. arXiv:2511.05465. [D]
  3. [102] A. C. Hughes et al., “Trapped-ion two-qubit gates with >99.99% fidelity without ground-state cooling,” arXiv:2510.17286, Oct. 2025. [D]
  4. [103] M. C. Smith, A. D. Leu, K. Miyanishi, M. F. Gely, and D. M. Lucas, “Single-qubit gates with errors at the 10⁻⁷ level,” Phys. Rev. Lett., vol. 134, no. 23, Art. no. 230601, Jun. 2025, doi: 10.1103/42w2-6ccy. arXiv:2412.04421. [D]
  5. [104] P. Wang et al., “Single ion-qubit exceeding one hour coherence time,” Nat. Commun., vol. 12, Art. no. 233, Jan. 2021, doi: 10.1038/s41467-020-20330-w. arXiv:2008.00251. [D]
  6. [129] A. Cordes, “Quantum computing scale-up eleQtron secures €57 million in one of the largest Series A funding rounds worldwide,” eleQtron, May 5, 2026. [Online]. Available: https://eleqtron.com/en/quantum-computing-scale-up-eleqtron-secures-57-million-in-one-of-the-largest-series-a-funding-rounds-worldwide/ [C]
  7. [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]
  8. [154] Atom Computing, “Atom Computing Raises More Than $300 Million to Accelerate Deployment of Fault-Tolerant, Neutral-Atom Quantum Computers,” PR Newswire, Jun. 16, 2026. [Online]. Available: https://www.prnewswire.com/news-releases/atom-computing-raises-more-than-300-million-to-accelerate-deployment-of-fault-tolerant-neutral-atom-quantum-computers-302800832.html [C]
  9. [374] C. R. Monroe, D. M. Meekhof, B. E. King, W. M. Itano, and D. J. Wineland, “Demonstration of a Fundamental Quantum Logic Gate,” Phys. Rev. Lett., vol. 75, no. 25, pp. 4714–4717, Dec. 1995, doi: 10.1103/PhysRevLett.75.4714. [D]
  10. [375] PatSnap, “Trapped Ion Quantum Computing: Technology Landscape 2026,” Apr. 23, 2026. [Online]. Available: https://www.patsnap.com/resources/blog/rd-blog/trapped-ion-quantum-computing-2026-patsnap-eureka/ [P]

G Smith, Leu, Miyanishi, Gely, Lucas (Oxford), "Single-qubit gates with errors at the 10^-7 level", arXiv:2412.04421 (2024-12-05, rev 2025-05-28): 43Ca+ hyperfine clock qubit in a mi… · 2024-12-05 · https://arxiv.org/abs/2412.04421
G Loschnauer, Mosca Toba, Hughes, King, Weber, Srinivas, Matt, Nourshargh, Allcock, Ballance, Matthiesen, Malinowski, Harty, "Scalable, high-fidelity all-electronic control of trappe… · 2024-07-10 · https://arxiv.org/abs/2407.07694
G Allcock, Campbell, Chiaverini, Chuang, Hudson, Moore, Ransford, Roman, Sage, Wineland, "omg blueprint for trapped ion quantum computing with metastable states", Applied Physics Let… · 2021 · https://cua.mit.edu/dev_site/publications/omg-blueprint-for-trapped-ion-quantum-computing-with-metastable-states
G Quantinuum raised $600 M at a $10 B pre-money valuation (NVentures, Quanta, QED, JPMorgan), 2025-09-04 · 2025-09-04 · https://www.honeywell.com/us/en/news/press-releases/2025/09/honeywell-announces-600-million-capital-raise-for-quantinuum-at-10b-pre-money-equity-valuation-to-advance-quantum-computing-at-scale
G Quantinuum IPO priced 2026-06-03: 28,000,000 shares at $60 = $1.68 B gross, Nasdaq QNT; Q2-2026 revenue $8.0 M, cash $2.1 B, FY guidance $28–32 M · 2026-06-03 · https://www.quantinuum.com/press-releases/quantinuum-announces-pricing-of-upsized-initial-public-offering
G IonQ acquired SkyWater Technology: $15.00 cash + 0.4883 IonQ shares per share (~$1.8 B at announcement 2026-01-26), closed 2026-07-31 · 2026-07-31 · https://www.ionq.com/news/ionq-completes-acquisition-of-skywater-technology