→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

קיוביט אופטי צר-קו (S–D ביון, שעון אטומי) enc_opt

קיוביט המפוצל בין רמת יסוד לבין רמה מטא-יציבה הנמצאת פוטון אופטי אחד מעליה — הקו הקוודרופולי S₁/₂–D₅/₂ של ⁴⁰Ca⁺ או של ⁸⁸Sr⁺, או קו השעון ¹S₀–³P₀ של Sr/Yb ניטרלי — ולייזר צר-קו אחד מניע כל שער.

קיוביט אופטי צר-קו (S–D ביון, שעון אטומי)

enc_opt · שכבה 2 קידוד · הודגם · מאז 2003
פתח במפה

קיוביט על מעבר אופטי לרמה מטא-יציבה: הקו הקוודרופולי S₁/₂–D₅/₂ של יון אלקלי-עפרורי (⁴⁰Ca⁺ ב-729 nm, ⁸⁸Sr⁺ ב-674 nm) או קו השעון ¹S₀–³P₀ של אטום Sr/Yb ניטרלי. לייזר צר-קו אחד מניע כל שער; הקוהרנטיות מוגבלת על ידי זמן החיים של הרמה העליונה ורעש הפאזה של הלייזר, לא במבנה העל-דק — הקידוד הקלאסי של Innsbruck, שעדיין משמש במוצר של AQT, וקיוביט השעון של planqc.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[253] I. Pogorelov et al., “Compact Ion-Trap Quantum Computing Demonstrator,” PRX Quantum, vol. … · 2021
[376] F. Schmidt-Kaler et al., “Realization of the Cirac–Zoller controlled-NOT quantum gate,” Na… · 2003
[255] L. Postler et al., “Demonstration of fault-tolerant universal quantum gate operations,” Na… · 2022
[377] V. Letchumanan, M. A. Wilson, P. Gill, and A. G. Sinclair, “Lifetime measurement of the me… · 2005
[378] M. A. Norcia et al., “Seconds-scale coherence on an optical clock transition in a tweezer … · 2019

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

D₅/₂ lifetime (⁴⁰Ca⁺), the encoding's ceiling → τ = 1.17 s (AQT demonstrator, ⁴⁰Ca⁺ |4S₁/₂,m=−1/2⟩–|3D₅/₂,m=−1/2⟩ at 729 nm)
מגדירה: ערוץ השגיאה · 2021-01 · מקור

מכונות במרשם: AQT IBEX Q1, PSNC PIAST-Q (מערכת של AQT), Innsbruck (⁴⁰Ca⁺ S–D); planqc MAQCS (קיוביט שעון Sr — סוגר את הפער G-enc-clock במרשם). ל-⁴⁰Ca⁺, שאין לו מבנה על-דק, אין מעבר שעון חסין-שדה, ולכן ה-T₂ שלו נשען על מיגון מגנטי ועל יציבות הלייזר; קו השעון האטומי חסין-שדה אך מוגבל ברוחב הקו של הלייזר; הצעת המחיקה "omg" משתמשת שוב באותו מכלול מטא-יציב.

שחקנים ויעדים — ביאורים

יונים לכודים — מלכודת פאול ליניארית עם מיעון לייזר פרטני (חלופית) — IonQ (Aria, Forte, Tempo), AQT, Qudoor, Maryland/Duke (EURIQA), Innsbruck · G2 G3 G6 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-עפרורי או דומה לו (Yb/Sr) — מחיקה מובנית°
חלופות: קיוביט על-דק / קיוביט מצב-שעון
° אחת מכמה שהיו מתאימות · הדרך המקובלת, לא דרישה מחייבת

בשימוש: 7 מכונות (7 ראשית · 0 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: Chip-scale ultra-narrow linewidth stabilized Brillouin laser for trapped ion qubit operations.a Conventional optical qubits utilize stabiliz…
Six-panel figure on replacing meter-scale laser stabilization with chips. (a) A drawing of the standard approach: a laser locked to a bulk reference cavity (about 1,000 L) feeding an ion trap. (b) A rendered vision of one chip with lasers at 422, 461, 674, 1033 and 1092 nm, a Brillouin (SBS) laser, a coil resonator and an ion trap, beside a fluorescence image of a trapped ion. (c) Photographs of the SBS, coil-resonator and ion-trap chips next to a penny. (d)–(f) The frequency-correction loop and strontium-88 ion levels, with the qubit on the 674 nm optical transition. It is Fig. 1 of Chauhan et al., Nature Communications (2026). “Fig. 1 — Fig. 1: Chip-scale ultra-narrow linewidth stabilized Brillouin laser for trapped ion qubit operations.a Conventional optical qubits utilize stabilized lasers…” by Chauhan et al., www.nature.com/articles/s41467-026-69948-2, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 4 — Figure 4: Spin-echo characterization of the quadrupole interaction. (a) Measurement of the differential quadrupole shift between |↓⟩ and |↑⟩
A three-panel data figure: phase shifts and frequency shifts measured with Ramsey and spin-echo sequences, with a small drawing of a ring-shaped electron orbit around an atom's core. It comes from arXiv paper 2608.06988 by Thielemann, Götzelmann, Thomas, Pultinevicius, Humić, Hölzl and Meinert. It shows an optical clock qubit (an optical narrow-line qubit) carried by the ionic core of a circular Rydberg atom and how the Rydberg electron shifts it; note it is not a trapped-ion Mølmer–Sørensen gate. The qubit is driven by laser pulses marked 'opt.': its echo phase grows linearly over 120 µs, and the shift, up to about 40 kHz, follows the orientation of the ring. “Fig. 4 — Figure 4: Spin-echo characterization of the quadrupole interaction. (a) Measurement of the differential quadrupole shift between |↓⟩ and…” by Fabian Thielemann et al., arxiv.org/abs/2608.06988, CC BY SA 4.0 (creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)
Fig. 1 — Figure 1: Electronic level structure. (a) Considered energy levels of a single Sr+88-ion. The computational basis states are |0⟩ an
Three-panel drawing: a level scheme of one strontium-88 ion whose qubit states are the 5S1/2 ground level and the long-lived 4D5/2 level, with a laser exciting the upper qubit state to a Rydberg level and a microwave field mixing two Rydberg levels; three such ions in a linear Paul trap about 5 µm apart, interacting through their giant Rydberg dipoles; and the resulting dressed-state ladders. From arXiv paper 2512.16641 by Katrin Bolsmann, Markus Müller and co-authors. It illustrates an optical S–D qubit and a Rydberg-ion route to fast three-qubit gates; the microwave only dresses Rydberg states, so this is not a laser-free microwave gate. “Fig. 1 — Figure 1: Electronic level structure. (a) Considered energy levels of a single Sr+88-ion. The computational basis states are |0⟩…” by Katrin Bolsmann, Thiago L. M. Guedes, Weibin Li, Joseph W. P. Wilkinson, Igor Lesanovsky, Markus Müller, arxiv.org/abs/2512.16641, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
enc_opt · layer 2 קידוד · centrality 4.4 · demonstrated · since 2003 · updated 2026-09-26

קיוביט אופטי צר-קו (S–D ביון, שעון אטומי)

קיוביט המפוצל בין רמת יסוד לבין רמה מטא-יציבה הנמצאת פוטון אופטי אחד מעליה — הקו הקוודרופולי S₁/₂–D₅/₂ של ⁴⁰Ca⁺ או של ⁸⁸Sr⁺, או קו השעון ¹S₀–³P₀ של Sr/Yb ניטרלי — ולייזר צר-קו אחד מניע כל שער.

Verdict. הוכח על שני הנושאים — ⁴⁰Ca⁺ במכונות ש-AQT מספקת, וקיוביטי שעון של ⁸⁸Sr בנאמנות שזירה של 99.62(3) % במעבדה — אך את הקוהרנטיות קובעים הלייזר והשדה המגנטי, לא האטום: 90(30) ms לעומת זמן חיים של 1.168(7) s לרמת D₅/₂ במדגים של AQT. נכון ל-2026-09-26, planqc, החברה היחידה במרשם העובדת על קיוביט השעון האטומי, אינה מפרסמת שגיאת שער או זמן קוהרנטיות משלה.

Key references

T₂ = זמן קוהרנטיות הפאזה בניסוי ראמזי; MS = שער מולמר–סורנסן; CZ = שער Z מבוקר; SPAM = הכנת מצב ומדידה; QV = נפח קוונטי; TRL = רמת מוכנות טכנולוגית; G1–G7 = מחלקות היעדים של הדוח (ראו "שחקנים וכלכלה").

זהות ומוצא

המימוש ביון מאחסן את |1⟩ ב-|4S₁/₂, m = −1/2⟩ ואת |0⟩ ב-|3D₅/₂, m = −1/2⟩ של ⁴⁰Ca⁺, המצומדים בקו הקוודרופולי החשמלי של 729 nm D[253]. Innsbruck הריצה CNOT מסוג סירק–צולר על שני יונים כאלה ב-2003 D[376]; הקידוד נשא את ערכת השערים האוניברסלית והסובלנית לתקלות שלה מ-2022 D[255] ואת המוצרים של AQT. ⁸⁸Sr⁺ ב-674 nm הוא היון האח, וזמן החיים של רמת D₅/₂ שלו נמדד על יון בודד ב-NPL D[377]. המימוש באטומים משתמש ברמות ¹S₀ ו-³P₀ של סטרונציום ניטרלי, קו השעון של שעוני הסריג, המופעל במלקחיים אופטיים מאז 2019 D[378], ושזירת רידברג באטומים אלקליים-עפרוריים — מאז 2020 D[379]. תכונות: נושא טבעי; אין לו זמן, ניידות או בקרה משלו; השגיאות: פאולי ועוד דליפה.

פיזיקה וגבולות

שלוש תקרות. זמן חיים: τ(D₅/₂, ⁴⁰Ca⁺) = 1.168(7) s D[253], ולכן T₂ ≤ 2τ ≈ 2.3 s; דעיכה מ-m = −1/2 עשויה לנחות ב-S₁/₂, m = +1/2, מחוץ לזוג הקיוביט — דליפה G. רמת ³P₀ של Sr חיה יותר מקוהרנטיות האטום של >3 s שנמדדה בשעון מלקחיים אופטיים D[378]. שדה: ל-⁴⁰Ca⁺ אין מבנה על-דק, ולכן אין לו קו שאינו רגיש לשדה; עם g(D₅/₂) = 6/5 ו-g(S₁/₂) ≈ 2.002, קו הקיוביט זז ב-0.40 μ_B B ≈ 5.6 kHz לכל µT, כך ש-0.1 µT של רעש מזיזים אותו ב-560 Hz — רדיאן אחד ב-0.3 ms S. דרכי הפחתה: מיגון, הזנה קדימה של רעש רשת החשמל, ניתוק דינמי, זוגות חסיני דה-קוהרנטיות. לקו השעון J = 0 → J = 0 אין הסטת זימן אלקטרונית מסדר ראשון G. לייזר: כל שער מתייחס לפאזת הלייזר, ולכן T₂ הוא הקוהרנטיות של הלייזר לאורך המעגל. AQT מדדה T₂ בניסוי ראמזי של 90(30) ms על הקיוביט האופטי, לעומת 18(1) ms על קיוביט זימן של מצב היסוד, ונקבה ברעש מגנטי מרשת החשמל וממגנטים סמוכים כגורם לדה-קוהרנטיות בזמנים שמעבר ל-25 ms D[253] — 26× מתחת לחסם זמן החיים S.

מצב ההנדסה העדכני

טבלה
שנה נתון מי תג+מפתח
2003-03 CNOT מסוג סירק–צולר על שני קיוביטי S–D של ⁴⁰Ca⁺ Innsbruck D[376]
2019 שעון מלקחיים אופטיים של Sr, קוהרנטיות >3 s, מחזור עבודה עד 96 % JILA D[378]
2021-06 τ(D₅/₂) 1.168(7) s; T₂ 90(30) ms; נאמנות GHZ של 24 יונים 0.544(7) AQT/Innsbruck D[253]
2022-08 מצב בל של קיוביטי שעון Sr, 92.8(2.0) % לאחר תיקון SPAM; קוהרנטיות מצב בל 4.2(6) s JILA D[380]
2024-10 שער שזירה של קיוביטי שעון ⁸⁸Sr, 99.62(3) %; קריאה באמצעות קיוביט עזר Caltech D[381]
2026-05 LYNX: QV 32,768; יחידות ראשונות ברבעון הרביעי של 2026 AQT C[128]

הנתון של המוצר המסופק: IBEX Q1, 12 קיוביטים, 1Q 99.97(1) %, 2Q 98.7(3) % על פני כל הזוגות, QV 128 C[382]; MARMOT, 20 קיוביטים, 2Q (98.47 ± 0.3) % על אוגר של 11 קיוביטים C[383]. האטומים מובילים בנאמנות, היונים — בפריסה.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

אין רכיב מיוצר; הפריט הוא הלייזר צר-הקו — 729 nm (Ca⁺), 674 nm (Sr⁺), 698 nm (Sr) — הנעול למהוד ייחוס בעל חדות אופטית (finesse) גבוהה G. המדגים של AQT משתמש בשבעה אורכי גל (375, 397, 423, 515, 729, 854, 866 nm); לייזר הריקון של 854 nm קיים רק משום שרמת הקיוביט מטא-יציבה D[253]. IBEX Q1 ממלא שני מסדים של 19 אינץ', 2 m², <2 kW, ב-(22.0 ± 1.5) °C C[382].

בקרה, קריאה ועומס הקלט-פלט

לייזר אחד יציב-פאזה לכל מין אטומי, המפוצל לאלומות של 729 nm הממוענות כל אחת בנפרד על שרשרת היונים D[255]; רעש הפאזה של הסיב ושל המאפנן נוחת ישירות על הקיוביט S. הקריאה נעשית בשיטת המדף (electron shelving) — רמת D₅/₂ נשארת חשוכה על המעבר המחזורי של 397 nm — במצלמה או בפוטודיודה, ~99.9 % ב-300 µs D[253]; באטומים נוספת קריאה באמצעות קיוביט עזר עם איפוס מותנה לא-הורס D[381].

תפקיד במחסנית

משבצת 2 של "יונים לכודים — מלכודת פאול ליניארית עם מיעון לייזר פרטני" ושל "מערך מלקחיים אופטיים לאטומי רידברג — אלקליים-עפרוריים (Yb/Sr), מחיקה מובנית", לצד enc_hf ו-enc_omg. הוא דורש את ion (מעבר קוודרופולי S–D) או את ae_atom (¹S₀–³P₀ של Sr/Yb). הוא מוחלף בידי enc_hf, שזוג מצבי היסוד שלו, שאינו רגיש לשדה, מחליף את ההנעה בלייזר יחיד בבקרת ראמאן או מיקרוגל. הוא מספק אוניברסליות בלייזר יחיד וקריאה בשיטת המדף, ואת המכלול המטא-יציב ששיטת המחיקה omg משתמשת בו שוב S[333]; הוא מגדיר את מדד הערוץ τ(D₅/₂) = 1.17 s. המרשם: IBEX Q1 (Marmot / PINE / LYNX) ✅ ו-University of Innsbruck / IQOQI research trap ✅; PIAST-Q 🔎 (20 קיוביטים של AQT, המין האטומי אינו נקוב — עקבי עם MARMOT); MAQCS ו-DiNAQC 🔎. הפער G-enc-clock קיבל מענה: ה-10–100 ms שבפנקס הפערים הם הטווח של planqc בפרופיל עיתונאי P[247], 30–300× מתחת למערכי קיוביטי שעון שפורסמו D[380], ולכן הם מודדים לייזר, לא את הקידוד.

ראיות — כיצד נמדדו המספרים

ה-98.7(3) % של AQT הוא ממוצע של המוצר על פני כל הזוגות C[382]; נתון משני של 97.7 % במרשם נותר לא מיושב. ה-0.997(6) של המדגים הוא נאמנות של מצב בל בשני יונים, לא בחינת ביצועים אקראית D[253]. ה-99.62(3) % של Caltech ממוצע על פני מצבי קלט סימטריים D[381]. עבור LYNX מתפרסם QV בלי מספר קיוביטים ובלי נאמנות C[128]. נכון ל-2026-09-26, אף ספק אינו מדווח T₂ לצד τ.

לא פורסם: מין האטומים והמעבר החישוביים של planqc — דפי הטכנולוגיה וה-LRZ שלה אינם נוקבים לא בסטרונציום ולא במעבר השעון — ומין האטומים והמוצר של PIAST-Q.

שחקנים וכלכלה

מי.
ארגון תפקיד מדינה מה בדיוק הם עושים בטכנולוגיה זו ראיות
AQT מפתח אוסטריה IBEX Q1, MARMOT, LYNX על ⁴⁰Ca⁺ C[383]
University of Innsbruck מחקר אוסטריה המקור; שערים סובלניים לתקלות על ⁴⁰Ca⁺ D[255]
planqc מפתח גרמניה קיוביטים על מעבר השעון של Sr; MAQCS ב-LRZ P[247]
JILA / הקבוצה של Kaufman מחקר ארה״ב מצבי בל של קיוביטי שעון Sr D[380]
Caltech / הקבוצה של Endres מחקר ארה״ב שערים של קיוביטי שעון ⁸⁸Sr, קריאה באמצעות קיוביט עזר D[381]

כספים.

  • 2024-07 · planqc · סבב A · €50 M · נסגר P[247]
  • 2026-09-09 · planqc / LRZ · MAQCS, החומרה הראשונה סופקה · כמעט €20 M (BMFTR) · בבנייה C[161]

שוק ושרשרת אספקה. לייזר על-יציב אחד ומהוד ייחוס אחד לכל מין אטומי הם נקודת הריכוזיות. היעדים המשלמים: G2, G3 ו-G7.

קניין רוחני ותקנים. לא בוצע חיפוש פטנטים; נכון ל-2026-09-26, אין תקן המגדיר דיווח על T₂ המוגבל בלייזר.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. (AQT · יחידות LYNX ראשונות · הרבעון הרביעי של 2026) C[128]; (planqc · מעבד-עזר MAQCS · סוף 2027, TRL 5 כיום, יעד של 6–7) R[161].

פרשנות אסטרטגית. ביונים הקידוד הוא מורשת של AQT, ועומק המעגלים שלו מוגבל בידי τ; באטומים הוא קיוביט השעון בעל השערים הטובים ביותר, והפרס הוא לייזר ברמת שעון על מעבד.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר את הענף האטומי אם planqc תפרסם T₂ של קיוביט שעון ונאמנות CZ על חומרת MAQCS עד 2027-12-31; אחרת להוריד אותו בדרגה למטרולוגיה. לאשר את ענף היונים אם LYNX יסופק ברבעון הרביעי של 2026 עם נתוני 2Q לכל זוג. שאלות פתוחות. (1) איזה רוחב קו של לייזר יביא את T₂ של ⁴⁰Ca⁺ לחסם של 2.3 s? (2) האם ה-10–100 ms של planqc הם הסריג, הלייזר או השדה? (3) כמה מדעיכת D₅/₂ דולפת וכמה הופכת את הקיוביט? (4) האם AQT תעבור למין על-דק או למין omg? (5) האם לייזר שעון אחד יכול לשרת 10³ אתרים?

מקורות
  1. [128] Alpine Quantum Technologies GmbH, “AQT Sets New European Industry Standard: Introducing the ‘LYNX’ Series with Record-Breaking Quantum Volume,” AQT, May 5, 2026. [Online]. Available: https://www.aqt.eu/lynx-quantum-volume-record/ [C]
  2. [161] planqc, “MAQCS takes shape as first quantum computing hardware arrives at LRZ,” Sep. 9, 2026. [Online]. Available: https://planqc.eu/news/maqcs-takes-shape-as-first-quantum-computing-hardware-arrives-at-lrz [C]
  3. [247] M. Ivezic, “Planqc,” PostQuantum, May 22, 2025. [Online]. Available: https://postquantum.com/quantum-computing-companies/planqc/ [P]
  4. [253] I. Pogorelov et al., “Compact Ion-Trap Quantum Computing Demonstrator,” PRX Quantum, vol. 2, no. 2, Art. no. 020343, Jun. 2021, doi: 10.1103/PRXQuantum.2.020343. arXiv:2101.11390. [D]
  5. [255] L. Postler et al., “Demonstration of fault-tolerant universal quantum gate operations,” Nature, vol. 605, pp. 675–680, 2022, doi: 10.1038/s41586-022-04721-1. arXiv:2111.12654. [D]
  6. [333] D. T. C. Allcock et al., “omg blueprint for trapped ion quantum computing with metastable states,” Appl. Phys. Lett., vol. 119, no. 21, Art. no. 214002, Nov. 2021, doi: 10.1063/5.0069544. arXiv:2109.01272. [S]
  7. [376] F. Schmidt-Kaler et al., “Realization of the Cirac–Zoller controlled-NOT quantum gate,” Nature, vol. 422, pp. 408–411, Mar. 2003, doi: 10.1038/nature01494. [D]
  8. [377] V. Letchumanan, M. A. Wilson, P. Gill, and A. G. Sinclair, “Lifetime measurement of the metastable 4d ²D₅/₂ state in ⁸⁸Sr⁺ using a single trapped ion,” Phys. Rev. A, vol. 72, Art. no. 012509, Jul. 2005, doi: 10.1103/PhysRevA.72.012509. [D]
  9. [378] M. A. Norcia et al., “Seconds-scale coherence on an optical clock transition in a tweezer array,” Science, vol. 366, p. 93, 2019. arXiv:1904.10934. [D]
  10. [379] I. S. Madjarov et al., “High-fidelity entanglement and detection of alkaline-earth Rydberg atoms,” Nat. Phys., vol. 16, pp. 857–861, May 2020, doi: 10.1038/s41567-020-0903-z. arXiv:2001.04455. [D]
  11. [380] N. Schine, A. W. Young, W. J. Eckner, M. J. Martin, and A. M. Kaufman, “Long-lived Bell states in an array of optical clock qubits,” Nat. Phys., vol. 18, pp. 1067–1073, Aug. 2022, doi: 10.1038/s41567-022-01678-w. arXiv:2111.14653. [D]
  12. [381] R. Finkelstein et al., “Universal quantum operations and ancilla-based read-out for tweezer clocks,” Nature, vol. 634, pp. 321–327, Oct. 2024, doi: 10.1038/s41586-024-08005-8. [D]
  13. [382] Alpine Quantum Technologies, “19-inch rack-mounted quantum computer,” AQT. [Online]. Available: https://www.aqt.eu/products/ibex-q1/ [C]
  14. [383] Alpine Quantum Technologies (AQT), “Quantum computer products built for performance,” AQT. [Online]. Available: https://www.aqt.eu/products/ [C]