Ионы в ловушках — QCCD (перемещение между зонами) на панели карты: Ионы QCCD

Архитектура в отчёте (§8.3)

8.3.4 Ионы QCCD — Ионы в ловушках — QCCD (перемещение между зонами) (ion_qccd)

Идея. Квантовое устройство с зарядовой связью (QCCD) держит каждый вентиль в малом холодном кристалле и вместо этого перемещает ионы: напряжения на электродах переносят сверхтонкие кубиты на часовом переходе через перекрёстки или узлы решётки (cx_qccd) в зоны, где лазерный вентиль Мёльмера–Соренсена действует на два иона [D][97]. Кубит переживает переезд, движение — нет, поэтому каждое перемещение стоит разделения, слияния и повторного охлаждения. Ставка: обменять такт на точность и связность (встречается любая пара, с ошибкой, недостижимой для любой статической раскладки), а затем сокращать время транспорта быстрее, чем соперники закрывают разрыв в точности. На Helios двухкубитный вентиль длится ~70 µs, слой полной ширины — ~55 ms [D][97].

Что ей нужно. Перемещение ионов требует ловушек с перекрёстками или решётчатых ловушек, чьи электроды растут вместе с регистром: 1 228 на Helios, управляемых 273 напряжениями [D][97]. Высокоскоростные каскадные коды требуют связности «все со всеми», которую покупает транспорт; на Helix перемещение иона переобозначает кубит, так что вентили-автоморфизмы бесплатны [P][5]. Носитель, кодирование, связность, считывание и межсоединение держат по одной технологии; на вентиле, управлении и производстве лазерная и электронная ветви попарно заменяют друг друга, так что архитектуру определяет один транспорт. Альтернатива в виде цветового кода конфликтует с паросочетанием (matching). Выведенный раунд синдрома: 9.66 ms, из них 9.04 ms — транспорт [S] (§7.4).

Где она стоит. Семь машин, четыре засчитаны как устройства: Quantinuum H1-1, H2-1 и Helios и iQPU от Universal Quantum (Helix — код на Helios — учтён как компонент); Sol (2027, 192 кубита) и Apollo — планы [R][118]. Helios, самый крупный, держит лучшую медианную двухкубитную ошибку — 7.9×10⁻⁴ по всем парам — при ошибке приготовления и измерения (SPAM) 3.3×10⁻⁴ [D][97]; на нём работали 48 корректируемых логических кубитов при ошибке логического вентиля ~1×10⁻⁴ [D][105] и память Helix при 4.6×10⁻⁵ на логический кубит за цикл, без постселекции [P][5]. iQPU не публикует ошибку вентиля; ни у одной построенной машины нет технологии межсоединения.

Исключения и заимствования. Интегрированная фотонная доставка света — заявленное направление архитектуры — нет ни в одной построенной машине: Helios ведёт каждую операцию сфокусированными свободнопространственными пучками, параллельными поверхности чипа [D][97], — поэтому с 26 сентября 2026 года основная технология архитектуры — свободнопространственная доставка, а интегральная фотоника — альтернатива; ячейки H1-1 и H2-1 — на уровне прессы. Декодеры Quantinuum выпадают из слоя 8: lookup-таблицы реального времени на H1-1 и H2-1 (∅G-lut), офлайновый блочный декодер Helix (∅G-frontier). Helix — код на Helios, а не вторая ловушка, и учтён как компонент. iQPU — гибрид: СВЧ-вентиль, управление на чипе и фабричное изготовление — с архитектуры электронного управления, транспорт — с этой; он подходит обеим, по семь технологий на каждой. Его межсоединение — пробел ∅G-ionmatter: ионы переносятся между двумя чиповыми модулями со скоростью 2 424 переноса с⁻¹, ошибка транспорта ниже 7×10⁻⁸ [D][117] — единственная продемонстрированная связь модулей на архитектуре, засчитанная в оценке масштабирования семейства (§2.3) и отсутствующая на карте. Транспорт пересекает границу модуля; слой 9, только фотонный, нарисован слишком узко. Ячейка изготовления iQPU читается как микроизготовление ловушек на коммерческой линии 200 mm, а технология КМОП-фабрики — альтернатива на уровне прессы. Innsbruck и QUARTET заимствуют перемещение ионов как альтернативу.

Следующая проверка. Решает Sol (§5.2): подтвердить, если он будет поставлен в 2027 с двухкубитными вентилями ≥99.9% на 2-D решётке и слоем полной ширины ниже 10 ms, в 5× быстрее Helios; понизить, если он сдвинется за 2027 или его слой останется в пределах 2× от 55 ms: демонстратор кодов, а не исполнитель алгоритмов. Планка самого создателя ниже — Quantinuum обещает Sol «примерно вдвое быстрее Helios», — и её достижение подтвердит обещание, но не притязание архитектуры исполнять алгоритмы, для которого нужны 5×. Второй сигнал: третий модуль, связанный транспортом.

Что говорят строители. Довод Quantinuum в пользу переноса ионов — связность: перемещая ионы, можно запутать любой кубит с любым другим, и это, по словам компании, открывает коды, недоступные фиксированной раскладке [C][834]; код Helix, добавляет она, построен на каскадирования кодов, которую без подвижных кубитов реализовать крайне трудно [C][835]. В 2024 году компания обещала Sol — сотни физических кубитов с ошибкой двухкубитной операции ниже 2×10⁻⁴, примерно вдвое быстрее Helios, — и Apollo — сотни логических кубитов с логической ошибкой ниже 10⁻⁶ [R][836]; с июня 2025 года Apollo датирован 2029 годом [R][837]. В августе 2026 года ловушечный чип Sol вернулся с фабрики, запуск назначен на 2027 год, а Apollo идёт по графику к 2029 году [R][123], [124]. Universal Quantum соединяет чипы ловушек, перенося ионы с одного на другой; по её словам, так машина масштабируется до миллионов кубитов [C][838].

Машины этой архитектуры (реестр: 7, из них 4 устройств, 4 с вентилями). Quantinuum — Helios (в эксплуатации, 98), System Model H2 (H2-1, H2-2) (в эксплуатации, 56), Helix architecture on Helios (продемонстрирована, 20), System Model H1 (H1-1) (в эксплуатации, 20), Apollo (запланирована), Sol (запланирована); Universal Quantum — iQPU / UQConnect (продемонстрирована, 64).

Ячейки вне слотов архитектуры (4). System Model H1 (H1-1): L8 ∅G-lut (пробел Атласа — real-time lookup-table decoding of Steane [[7,1,3]] in-loop since 2021; no LUT node among ); System Model H2 (H2-1, H2-2): L8 ∅G-lut (пробел Атласа — real-time lookup-table decoder); Helix architecture on Helios: L8 ∅G-frontier (пробел Атласа — Frontier: block-specific offline decoder for concatenated high-rate codes, neither matchin); iQPU / UQConnect: L9 ∅G-ionmatter (пробел Атласа — chip-to-chip matter link: UQConnect physically transfers ions between trap modules, 2 424 ).