Аналоговый симулятор на нейтральных атомах (ридберговские массивы, решёточные газы) на панели карты: Аналоговый атомный симулятор

Архитектура в отчёте (§8.3)

8.3.9 Аналоговый атомный симулятор — Аналоговый симулятор на нейтральных атомах (ридберговские массивы, решёточные газы) (atom_analog)

Идея. Сохранить щелочной массив пинцетов с его лазерами, транспортом и регистрацией флуоресценции; убрать вентиль: глобальные ридберговские лазеры ведут весь регистр под одним изинговским гамильтонианом — Аналоговая эволюция под ридберговским гамильтонианом (g_rydanalog) на Аналоговом кубите основное–ридберговское состояние (enc_gr). Формы сигналов Ω(t), Δ(t) и геометрия атомов — программа, снимок битовой строки — выход. Ставка: для физики многих тел (G1) нативная гамильтонова эволюция уже сейчас достигает сотен атомов. Архитектура отказывается от памяти, вентилей и любого пути к отказоустойчивости.

Что ей нужно. Эволюция требует базиса «основное–ридберговское состояние», ридберговского уровня у носителя и глобальных ридберговских лазеров; регистрация флуоресценции — перехода для неё. Код, декодер и межсоединение пусты по замыслу (§7.6): здесь аналоговая симуляция перестаёт быть квантовым компьютером в смысле реестра. Кодирование — базис, а не память: |r⟩ нельзя перевести на хранение; T2 у Aquila — 5.8 µs, программы обрываются на 4 µs [C][262]; ошибки накапливаются когерентно, без момента для синдрома, поэтому никакой код не присоединяется и у декодера нет входа. Без запутывающего вентиля это устройства, а не процессоры (табл. 8.3 не печатает ни размера с вентилями, ни двухкубитной ошибки). Единственное ребро заменяет* меняет вид атома.

Где она стоит. Три машины, три устройства, ни одного с вентилями. Aquila (QuEra, 256 атомов Rb-87, на Amazon Braket с ноября 2022) [C][262] несёт физику: разрыв струны (2+1)D в калибровочной теории, без заявления о преимуществе [D][226]. Fresnel / Fresnel 2 (Pasqal, развёрнут в 2023–2024) не публикует уровней ошибок. QUIONE (ICFO, апрель 2024) отображает квантовый газ ⁸⁴Sr с разрешением отдельных узлов в решётке 813.4 нм, с точностью выше 94% [D][263]. Приведённое в T₂ архитектуры в §7.4 с 26 сентября 2026 года — собственные 11.4 µs кубита основное–ридберговское состояние (Aquila, спиновое эхо) [C][262], а не сверхтонкий рекорд цезия 12.6 с у носителя [138], [139], которым кубит с ридберговским уровнем воспользоваться не может. Документировано 25 из 33 ячеек. Ни одна машина не новее 2024 года; более поздние машины тех же вендоров (Gemini-class, Libra, Orion, Vela) — вентильной модели.

Исключения и заимствования. Двухрежимные машины Pasqal зеркальны друг другу: Fresnel / Fresnel 2 работает в аналоговом режиме как основном, а его цифровой режим (Сверхтонкий кубит / кубит на часовом переходе, CZ через ридберговскую блокаду) и пинцеты от ФИС (фотонных интегральных схем) — альтернативы; Orion Alpha / Beta ("Ruby") / Gamma, на щелочной архитектуре, меняет режимы местами; всё остальное совпадает. Каждая подходит своей архитектуре семью технологиями против пяти: граница с atom_rb — переключение режима в слоях 2–3 одной аппаратуры (гибрид). Вентиль отделяет симулятор от процессора; черту, нужную отказоустойчивости, — код — не пересекла ни одна из них. У QUIONE нет кодирования, вентиля и ридберговского состояния: это газ Бозе–Хаббарда в решётке (∅G-lattice, общий с MAQCS) под носителем, названным по кубитам в пинцетах с естественными стираниями (erasure), и сюда он попал методом исключения (четыре технологии в слотах): архитектура слишком узка для решёточных симуляторов на квантовых газах. Ридберговский симулятор Caltech на Sr с исключением стираний [143], который описывают новые щёлочноземельные рёбра, в реестр не входит.

Следующая проверка. Два ожидания; в §5.2 нет аналоговой строки. Подтверждение: к 31 декабря 2027 коммерческая аналоговая машина публикует многочастичную точность на 60 и более атомах или T2* выше 20 µs, либо аналоговый результат выдерживает год классических попыток опровержения (§2.8). Понижение: если Vela и следующие системы QuEra выйдут без аналоговых спецификаций и к середине 2027 не будет анонсировано ни одной машины с основным аналоговым режимом, аналоговая симуляция — это режим, аналоговые альтернативы слоёв 2–3 на atom_rb, а не архитектура.

Что говорят строители. Pasqal уже сегодня выполняет аналоговые задачи на оборудовании, которое по замыслу должно со временем стать отказоустойчивым [C][157]. В июне 2025 года компания обещала 250-кубитный процессор, созданный для квантового превосходства на промышленной задаче, с демонстрацией в первой половине 2026 года [R][166], [167]. В сентябре 2026 года она сообщила о моделировании материалов за пределами практических возможностей классических компьютеров [C][157]: 256 атомов на Orion Beta воспроизвели магнетик TmMgGaO₄, результат сверен с измерениями на кристаллах [P][848]. QuEra утверждает, что динамика калибровочной теории в реальном времени на десятках кубитов Aquila достигает пределов классического моделирования [C][849]. Довод ICFO в пользу QUIONE: квантовое моделирование отвечает на вопросы, недоступные нынешним компьютерам, — например, почему некоторые материалы проводят ток без потерь при сравнительно высоких температурах [C][850].

Машины этой архитектуры (реестр: 3, из них 3 устройств, 0 с вентилями). ICFO - Institut de Ciencies Fotoniques — QUIONE (продемонстрирована); Pasqal — Fresnel / Fresnel 2 (в эксплуатации, 100); QuEra — Aquila (в эксплуатации, 256).

Ячейки вне слотов архитектуры (4). QUIONE: L4 ∅G-lattice (пробел Атласа — atoms held in a 2-D in-plane optical lattice plus light sheet at 813.4 nm; no per-atom mov); Fresnel / Fresnel 2: L2 Сверхтонкий кубит / кубит на часовом переходе (enc_hf, альтернатива из другой архитектуры); Fresnel / Fresnel 2: L3 CZ через ридберговскую блокаду (g_ryd, альтернатива из другой архитектуры); Fresnel / Fresnel 2: L5 Пинцеты от ФИС / интегральная оптика для атомов (ct_pic_trap, альтернатива из другой архитектуры).