Ионы в ловушках — линейная ловушка Пауля с индивидуальной лазерной адресацией на панели карты: Лазерно-адресуемая цепочка

Архитектура в отчёте (§8.3)

8.3.5 Лазерно-адресуемая цепочка — Ионы в ловушках — линейная ловушка Пауля с индивидуальной лазерной адресацией (ion_chain)

Идея. Одна статическая цепочка в линейной ловушке Пауля: её коллективные моды движения (cx_bus) связывают каждую пару, так что вентиль Мёльмера–Соренсена запутывает любые два иона, не перемещая их, а каждый ион получает собственный луч, направляемый акустооптикой (ct_ionaod). Кубит — сверхтонкий (Yb⁺, Ba⁺) или оптический S–D кубит ⁴⁰Ca⁺ (enc_opt: AQT, Innsbruck, PIAST-Q). Архитектура отказывается от длины: N ионов делят N мод в фиксированной полосе, поэтому вентили замедляются с ростом цепочки — до медианы 672 µs на 30 ионах Forte [D][100], [101]. Ставка: внутри цепочки из десятков ионов связность бесплатна; масштаб покупается на её краю фотонными связями между цепочками — модульная архитектура Монро и др. [S][252].

Что ей нужно. Вентиль требует спин-колебательной связи и свободнопространственных лазерных полей, которые требуют объёмной оптики. Две определяющие технологии конфликтуют (конфликт открыт): скученность мод делает вентиль медленнее и менее точным с каждым ионом; смягчения (зонные короткие цепочки, электронные вентили на сегментах ≤4 ионов) принадлежат другим ионным архитектурам. qLDPC и высокоскоростные коды требуют связности «все со всеми» в цепочке: четыре логических кубита в 18 ионах [D][109]. Кодирование предлагает три взаимно заменяющие технологии (сверхтонкую, оптическую, метастабильную); у носителя, вентиля, связности, считывания и межсоединения по одной технологии; межсоединение, Ион-фотонный интерфейс, несёт ставку на масштаб при лучших 250 с⁻¹ [D][116] против ~10⁴ с⁻¹ необходимых [S] (§2.3). Слой 10 нарисован слишком узко: только планарные чипы с поверхностными электродами, тогда как IBEX Q1 работает во фрезерованной ловушке-лезвии [D][253], а кристалл из 512 ионов — в монолитной 3-D ловушке [D][121].

Где она стоит. Шестнадцать машин, тринадцать устройств: Aria, Forte и 40-ion Ba-133 qLDPC testbed от IonQ; IBEX Q1 и LYNX (15 кубитов, quantum volume 32 768 в мае 2026 [C][128]) от AQT; PIAST-Q; QSCOUT от Sandia; AbaQ от Qudoor; ловушки Innsbruck и Maryland/Duke; аналоговый 512-ионный симулятор Tsinghua [D][121]. Tempo засчитан как демонстрация на 64 кубитах (прогон #AQ 64 на опытной системе IonQ) без опубликованной ошибки вентиля; 100-кубитный продукт с «точностью 99.9%» заявлен на конец 2026 года [C][100], [101]. Perspective компании Quantum Art (многоядерная система на 1 000 кубитов) [C][125] и 70-кубитная машина FIAN / Rosatom (35 ионов как кудиты) — анонсы. Крупнейшее устройство с вентилями — 64-кубитный опытный регистр Tempo без опубликованной ошибки вентиля; крупнейшее с опубликованными ошибками вентилей, 40-ионный испытательный стенд, достигло безубыточности (break-even) памяти в пределах погрешностей: 3.95(68) с логического против 3.84(48) с физического, с постселекцией по утечке [D][109]. 3.0×10⁻³ у Maryland/Duke — логическая ошибка клиффордова вентиля после коррекции, а не физическая цифра, и больше не учитывается [D][254]; лучшая ошибка в табл. 8.3 — поэтому вендорские 4.0×10⁻³ у Aria и Forte [C][99]. IonQ, крупнейший вендор, перевёл своего преемника, Superion 256, на электронные вентили [C][119].

Исключения и заимствования. Maryland/Duke несёт три исключения: ту самую логическую цифру; подсистемный код Бэкона–Шора без технологии (∅G-subsystem; его высокоскоростная альтернатива кодирует один кубит); ячейку связи, сливающую отдельный эксперимент — рекорд 250 с⁻¹ [D][116] — с каналом связи Oxford на 9.7 с⁻¹ [D][115]: линия преемственности, а не машина. Innsbruck заимствует перемещение ионов (сегментированные ловушки) и технологию магических состояний [D][255]: линия преемственности, охватывающая обе лазерные архитектуры, и слой кода, нарисованный слишком узко; его обратная связь без измерений — пробел (∅G-coherent). Альтернатива перемещения ионов у IBEX Q1 описывает исследовательские ловушки AQT, а не продукт: ошибка разметки. Альтернатива «КМОП-фабрика» у Forte переносит маршрут IonQ через SkyWater, впервые использованный для 256-кубитных чипов 2026 года [C][119], на машину 2022 года. Испытательный стенд и Tempo декодируют офлайновым лучевым поиском (∅G-beam), вне слоя 8; ячейка кода Tempo повторяет прогон испытательный стенд. Кристалл Tsinghua — аналоговый, под глобальными пучками (∅G-isinganalog, ∅G-crystal): архитектура нарисована слишком широко, а у ионов нет аналоговой архитектуры. Связь Quantum Art записана как не раскрыто, однако её статья делит один кристалл на секции перестраиваемыми оптическими потенциалами [S][256]: ни шина, ни транспорт — пробел. Управление Qudoor и все ячейки Rosatom — пробелы данных. Заимствуют: архитектура электронного управления берёт шину мод движения (JION, QUARTET, Superion 256); MAQCS от planqc — оптический кубит.

Следующая проверка. Решает связь: подтвердить, если ион-фотонный интерфейс превысит 10³ с⁻¹ к концу 2027; понизить, если ни один не пройдёт отметку ~10× от рекорда 250 с⁻¹ к концу 2028. На масштабе цепочки: подтвердить, если ошибки по парам и времена вентилей появятся для Tempo или любой цепочки длиннее 40 ионов к концу 2027; если раскрытие останется на уровне заголовков, пока IonQ поставляет электронные вентили, архитектура сузится до стоек и лабораторий, оставив раннюю отказоустойчивость другим ионным архитектурам.

Что говорят строители. IonQ получила #AQ 64 (её собственный тест «алгоритмических кубитов») на опытной системе Tempo в одной ионной цепочке со связью «все со всеми» [C][839]; в апреле 2026 года она связала фотонами две коммерческие машины и назвала масштабирование за пределы одного чипа необходимым [C][589]. AQT заявляет квантовый объём 32 768 для LYNX, своей серии машин в стоечном исполнении; первые экземпляры — в IV квартале 2026 года [C][128], [129]. Quantum Art делит длинные цепочки на ядра границами, заданными лазером, и обещает в 2027 году 1000 физических и до 100 логических кубитов, а к 2033 году — миллион физических [R][840]. ФИАН получил 50 кубитов на кудитах — ионах, использующих больше двух уровней, — дёшево удвоив их число [C][841]; в августе 2026 года он и Российский квантовый центр перешли на планарные ловушки, где ионы перемещают между небольшими массивами вместо одной цепочки [C][842].

Машины этой архитектуры (реестр: 16, из них 13 устройств, 11 с вентилями). IonQ — Tempo (продемонстрирована, 64), 40-ion Ba-133 qLDPC testbed (IonQ: a Tempo engineering test system) (продемонстрирована, 40), Aria (в эксплуатации, 32), Forte / Forte Enterprise (в эксплуатации, 30); Alpine Quantum Technologies — AQT LYNX (продемонстрирована, 15), IBEX Q1 (Marmot / PINE) (в эксплуатации, 12); Quantum Art — Montage (first-generation QaaS system, up to 50 qubits) (анонсирована, 50), Perspective (1 000-qubit multi-core system) (анонсирована); IQOQI Innsbruck (Austrian Academy of Sciences) with the University of Innsbruck (M. Joshi, C. Roos) — Innsbruck trapped-ion analog quantum simulator (up to 51 ions) (продемонстрирована, 51); Lebedev Physical Institute (FIAN) and the Russian Quantum Center, Rosatom roadmap — 70-qubit ion quantum computer (FIAN / Rosatom roadmap) (анонсирована, 70); Poznan Supercomputing and Networking Center (PCSS) — PIAST-Q (в эксплуатации, 20); Qudoor (Guokaike) — Aba|Qu 1.0 (Tiansuan-1, 天算1号) (в эксплуатации); Sandia National Laboratories — QSCOUT (Quantum Scientific Computing Open User Testbed) (в эксплуатации, 6); Tsinghua University (Duan group) — 2-D site-resolved ion simulator (продемонстрирована, 512); University of Innsbruck — University of Innsbruck trapped-ion demonstrator (Institut für Experimentalphysik) (продемонстрирована, 20); University of Maryland / Duke University — Maryland / Duke Quantum Center (EURIQA lineage) (продемонстрирована, 13).

Ячейки вне слотов архитектуры (13). 40-ion Ba-133 qLDPC testbed (IonQ: a Tempo engineering test system): L8 ∅G-beam (пробел Атласа — beam-search decoder (Delfosse) for the qLDPC codes, run offline; no Atlas node for search ); Montage (first-generation QaaS system, up to 50 qubits): L5 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; Montage (first-generation QaaS system, up to 50 qubits): L9 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; Perspective (1 000-qubit multi-core system): L5 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; Perspective (1 000-qubit multi-core system): L9 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; Aba|Qu 1.0 (Tiansuan-1, 天算1号): L5 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; 2-D site-resolved ion simulator: L3 ∅G-isinganalog (пробел Атласа — global laser-driven spin–spin coupling; analog Ising simulator in a 2-D ion crystal, not a); 2-D site-resolved ion simulator: L4 ∅G-crystal (пробел Атласа — static 2-D Coulomb crystal, power-law all-to-all coupling (511 neighbours), no transport); University of Innsbruck trapped-ion demonstrator (Institut für Experimentalphysik): L4 Перемещение ионов (QCCD, перекрёстки, решётчатые ловушки) (cx_qccd, альтернатива из другой архитектуры); University of Innsbruck trapped-ion demonstrator (Institut für Experimentalphysik): L8 ∅G-coherent (пробел Атласа — measurement-free: syndromes mapped into an auxiliary register, coherent feedback unitary r); Innsbruck trapped-ion analog quantum simulator (up to 51 ions): L3 ∅G-isinganalog (пробел Атласа — analog long-range Ising / XY interaction from a bichromatic beam coupling all transverse m); Innsbruck trapped-ion analog quantum simulator (up to 51 ions): L4 ∅G-crystal (пробел Атласа — static linear Coulomb chain, long-range (J0 = 185 rad/s, alpha = 0.97 at 51 ions), no tran); Maryland / Duke Quantum Center (EURIQA lineage): L7 ∅G-subsystem (пробел Атласа — Bacon–Shor [[9,1,3]] subsystem code on 13 ions: FT prep, FT measurement, logical rotation,).