Ридберговский массив пинцетов — щёлочноземельные атомы (Yb/Sr), естественные стирания на панели карты: Щёлочноземельные массивы

Архитектура в отчёте (§8.3)

8.3.8 Щёлочноземельные массивы — Ридберговский массив пинцетов — щёлочноземельные атомы (Yb/Sr), естественные стирания (atom_ae)

Идея. У иттербия и стронция есть метастабильный уровень ³P₀ на один фотон часового перехода выше основного состояния. Если хранить кубит там (Метастабильное («omg») кодирование со стираниями на Щёлочноземельном атоме (Yb/Sr) — естественные стирания), то свет для регистрации флуоресценции основного состояния, тёмный для кубита, выявляет атомы, распавшиеся из него: ошибки приходят локализованными, как стирания (erasure). Ставка: худший вентиль ради более дешёвого кода. При конверсии 98% порог поверхностный код поднимается с 0.94% до 4.15% [S][8]; измеренная ошибка метастабильного CZ — 0.016(1), из неё 38(6)% помечено, против сырых 0.0060 на кубите основного состояния ¹⁷¹Yb [D][135], [141], [142].

Что ей нужно. Эстафета: кодирование требует метастабильного мультиплета; Внутрисхемная проверка стирания требует кодирования, поскольку проверить без считывания можно лишь кубит, тёмный при регистрации флуоресценции; Коды, адаптированные к стираниям, требуют флагов и Коррелированного декодирования / декодирования с учётом потерь, поскольку простой декодер на основе паросочетаний (matching) ими воспользоваться не может. Разорвите звено — и машина станет щелочным массивом с более тяжёлым атомом. У пяти слоёв по одному варианту; рёбра заменяет называют отступления: кодирования основного состояния или оптические, поверхностный код, миллисекундная регистрация флуоресценции, однократная загрузка. Один конфликт: свет дозагрузки (MOT, репампер) истощает хранимые атомы; MOT без репампера и шелвинг в ³P₀ со временем жизни 13 с снимают его [P][259].

Где она стоит. Шесть машин, три устройства (табл. 8.3). Phoenix (Gen-1) and Gen-2, 1 180 атомов ¹⁷¹Yb (октябрь 2023), — крупнейшее устройство с вентилями и с единственным двухкубитным показателем, 4.0×10⁻³ [C][148]; его торический код прошёл 90 раундов, но подавление исчезло, когда в прогон включили дозагрузку [D][148]. Magne, 1 225 физических на ~50 логических, монтируется к началу 2027 [R][11], [12], [164], [165]. В metastable Yb-171 erasure array (Princeton, 20 атомов) распад [[4,2,2]] замедлился в 1.9(4)× при безусловном декодировании с учётом стираний [D][141], [142]. MAQCS and DiNAQC: 1 000-кубитный демонстратор на TRL 5 [C][161]; neutral-ytterbium QPU начал аппаратную валидацию в августе 2026 [C][260]. Документировано 31 из 67 ячеек.

Исключения и заимствования. Все пять лучше всего подходят именно сюда; лишь Princeton запускает кодирование, проверку, код и декодер ставки как основные. Phoenix и Magne кодируют в ядерном спине основного состояния ¹⁷¹Yb (Yaqumo — по выводу); их стирания — потери атомов, видимые на изображении, как на рубидии [D][4]. Ячейку метастабильного кодирования у Phoenix опровергает собственное примечание (ошибка разметки), его код — пробел Атласа, ∅G-toric (технология кода слишком узка), его строка объединяет поколения на ⁸⁷Sr и ¹⁷¹Yb. MAQCS кодирует на часовом переходе Sr с когерентностью 10–100 ms [P][246], [247] в оптической решётке (∅G-lattice, общий с QUIONE), без кода, с нераскрытой связью между ядрами; линия planqc с коррекцией ошибок, LOGIQC, — на иттербии [C][160]. Быстрое считывание Yaqumo выведено из регистрации флуоресценции за 17.6 µs на бесспиновом ¹⁷⁴Yb [P][261]: ранняя стадия. Ни у одной машины нет Атом-фотонного интерфейса через резонатор. Заимствуют: OQC GENESIS (проверку), Superion 256 (кодирование), IBEX Q1 (оптический кубит), QUIONE (носитель). Архитектура нарисована по виду атома; естественные стирания держатся на одной лаборатории.

Следующая проверка. В согласии с §5.2: к середине 2027 Magne переходит рубеж в 1 180 кубитов (§8.5, F1b) и даёт 50 логических кубитов, декодированных с флагами стираний на данных без постселекции; одна лишь детекция потерь подтверждает носитель, а не кодирование. К концу 2027 группа вне Princeton и Caltech конвертирует более 70% ошибки метастабильного CZ при остатке ниже 3×10⁻³; если ни одна не превзойдёт 50%, а следующая память на Yb снова потеряет подавление при дозагрузке, архитектура понижается до выбора вида атома внутри щелочной ставки.

Что говорят строители. Atom Computing объясняет выбор ядерных спинов иттербия рекордным временем когерентности, нужным для глубоких алгоритмов [C][846], и называет свой прогон торического кода в июне 2026 года практической коррекцией ошибок [C][846]. Microsoft ожидает, что Magne — более 1200 физических кубитов Atom Computing — заработает в начале 2027 года [R][847]. Довод Принстона в пользу метастабильного кубита — цена коррекции: ошибок должно быть меньше, а оставшиеся должны быть устроены так, чтобы их было легче исправлять [D][141], [142]. planqc рассчитывает к концу 2027 года включить свой 1000-кубитный демонстратор MAQCS сопроцессором в вычислительную инфраструктуру LRZ [R][161], а Yaqumo — к 2027 финансовому году построить систему на иттербии из нескольких сотен кубитов с коррекцией ошибок [R][260].

Машины этой архитектуры (реестр: 6, из них 3 устройств, 3 с вентилями). Atom Computing — Phoenix (Gen-1) and Gen-2 (в эксплуатации, 1 180); Atom Computing + Microsoft, for QuNorth — Magne (анонсирована, 1 225); Princeton (Thompson group) — metastable Yb-171 erasure array (продемонстрирована, 20); Yaqumo (+ Fujitsu) — neutral-ytterbium QPU (продемонстрирована); planqc — MAQCS (запланирована, 1 000); planqc, for the DLR Quantum Computing Initiative — DiNAQC (запланирована, 100).

Ячейки вне слотов архитектуры (5). Phoenix (Gen-1) and Gen-2: L7 ∅G-toric (пробел Атласа — toric code d=4 and d=6, up to 90 syndrome-extraction rounds; lower logical error at larger); DiNAQC: L7 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; DiNAQC: L8 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; MAQCS: L4 ∅G-lattice (пробел Атласа — no Atlas node: optical-lattice grid ('egg carton made of light'), no per-atom tweezer move); MAQCS: L9 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию.