Щёлочноземельный (и подобный ему) атом (Yb/Sr) — естественные стирания ae_atom

У ¹⁷¹Yb и ⁸⁷Sr два валентных электрона: метастабильный триплет ³P₀/³P₂ с временем жизни секундного масштаба над основным синглетом ¹S₀, связанный узкой часовой линией (578 nm у Yb, 698 nm у Sr). Луч визуализации, работающий по основному мультиплету, «тёмен» для кубита, живущего в метастабильном мультиплете: распад и потеря атома дают рассеянные фотоны, тогда как кодовое пространство остаётся молчащим — схема «omg» (optical–metastable–ground), выросшая из проекта архитектуры ионной ловушки 2021 г. D[333]. Ошибки тогда приходят локализованными, в виде стираний, а не «немых» переворотов Паули. Продемонстрировано на Yb (Princeton) и на Sr (Caltech), май 2023 г. D[141], [143].
Атрибуты: природный носитель; детерминированное запутывание на ридберговской блокаде ~250 ns; флуоресцентное считывание ~0.5 ms, неразрушающее, пригодное для внутрисхемных проверок.
Оптическое управление при комнатной температуре; структура ошибок — стирание и потеря атома, а не нативные ошибки Паули; изготовление — оптическая сборка, а не литография.

Преобразование в стирания переобозначает ошибку, а не уменьшает её; выигрыш реализуется в декодере — при 1% стираний поверхностный код с учётом стираний терпит ошибку Паули до 0.51%, что в 5.2× больше стандартного протокола D[334]. Предел по вентилю лежит в другом месте: CZ на ридберговской блокаде выполняется за несколько сотен наносекунд и упирается в спонтанный и чернотельно-индуцированный распад ридберговского состояния (0.05–0.1%), фазовый шум лазера (0.1–0.2%) и тепловое движение (~0.1%); обзор 2026 г. утверждает, что это ограничивает стандартную схему уровнем около 99.9% в отсутствие нового механизма вентиля P[140]. На потерю атома приходится более 80% событий утечки (leakage) D[4] — ровно то, что видит omg. Чтобы сдвинуть этот предел, нужны криогенное окружение против чернотельно-индуцированного распада ридберговских состояний, меньшее рассеяние света ловушки, выбивающее атом из метастабильного мультиплета (именно оно задаёт интервал между проверками), и регистрация флуоресценции, щадящая соседние узлы.

Доминирующий вклад даёт вентиль, а не машинерия стирания: ошибка метастабильного CZ у Princeton 0.016(1) примерно в 6× хуже, чем 0.0060 у Atom Computing для CZ на основном состоянии Yb без отбора D[135], [142], и лишь ~38% этой ошибки возвращается в виде флагов. Рекорд 17.6 µs получен на бесспиновом ¹⁷⁴Yb, а не на считывании ¹⁷¹Yb, поэтому честным циклом остаётся 0.5 ms.

Литографического кристалла нет: «фабрика» здесь — это сверхвысоковакуумная (UHV) камера, объектив с большой числовой апертурой (NA), наведение через пространственный модулятор света (SLM) и акустооптический дефлектор (АОД) и лазеры часового перехода, ридберговские, визуализации и «полочные» (shelving); выход годных — это вероятность загрузки узла плюс неоднородность ловушек из-за аберраций SLM. Драйвер стоимости — оптика: система Fraunhofer ILT 2026 г. формирует 2 000 управляемых ридберговских пинцетов (оптических) из четырёх пучков суммарной мощностью 20 W Dфакт, около 10 mW на узел, так что 10⁴ узлов — это лазерная задача класса 100 W S. Тонкие места — вовсе не фабрики: во всей литературе фигурируют лишь два поставщика скрещённых АОД (AA Opto-Electronic, Gooch & Housego) Dфакт, а для линейки SLM и камер Hamamatsu альтернатива не выявлена Pфакт. Экспортная уязвимость возникает на уровне системы: ECCN 4A906 контролирует квантовые компьютеры выше порога по числу кубитов и уровню ошибок (в силе с 2024-09-06, лицензионное исключение IEC для партнёров); ни один ECCN не называет оптику пинцетов, АОД или UHV-камеры G[301]факт.

Адресация — пинцеты на АОД/SLM плюс глобальные пучки часового перехода и ридберговские; считывание — регистрация флуоресценции за 0.5–1 ms. Внутрисхемная проверка на стирание должна быть селективной по мультиплету и не должна нагревать соседей, которых она освещает, — именно это ограничение удерживает продемонстрированное преобразование на уровне 38–56%, а не у потолка в 98% D[141], [142]. Глобальных пучков вместе с адресацией через АОД хватает на 10³ узлов; на 10⁴ узким местом для параллельных локальных операций становится управление пучком — дефлектор различает столько позиций, сколько даёт произведение его ВЧ-полосы на время пробега звука через пучок, и это же время ограничивает скорость перенаведения, а жидкокристаллические модуляторы сменяют кадр лишь с частотой в десятки герц, — а мощность ловушек переваливает за 100 W; на 10⁶ пути нет иначе как через метаповерхности или фотонную доставку излучения.

Этот носитель определяет архитектуру «Ридберговский массив пинцетов — щёлочноземельные атомы (Yb/Sr), естественные стирания» (Atom Computing/Microsoft, Princeton, Caltech, planqc, Yaqumo) и служит альтернативным носителем архитектуры «Аналоговый симулятор на нейтральных атомах (ридберговские массивы, решёточные газы)» (QUIONE от ICFO — решёточный газ ⁸⁴Sr): только оптическая сборка, ни фабрики, ни криостата, а значит, и капитальной стены в стиле CHIPS. Он питает CZ на ридберговской блокаде, кодирование omg, регистрацию флуоресценции на камере, быстрое (≤20 µs) считывание массива и атом-фотонный резонаторный интерфейс. Он замещает щелочные элементы; для действующей платформы на Rb стоимость перехода — это новая лазерная система и новая система визуализации. Производный такт на щёлочноземельном массиве пинцетов = сумма раунда синдрома (вентили 1 µs, транспорт 800 µs, однокубитные вентили 0.34 µs, считывание 501 µs) = 1.3 ms, ограничен транспортом, против измеренного раунда ~1–4 ms. Заметный пустой слот — декодер реального времени с учётом стираний, питаемый синдромами массива в реальном времени.

Доли получают из состояние-селективной флуоресценции после вентилей; точность (fidelity) CZ — из рандомизированного бенчмаркинга или томографии, приводится как без отбора, так и с постселекцией по флагу. Код тратит цикл коррекции на каждое стирание с оповещением, поэтому стоимость определяют числа без отбора. Противоречие между 1.9(4)× и 3.6× разрешается внутри arXiv:2506.13724v2: обе величины есть в этой работе и описывают разные вещи — распад в 3.6(1)× медленнее при удержании логического кубита с постселекцией и в 1.9(4)× медленнее при безусловном декодировании с использованием информации о стираниях D[142]. Архитектурно значима только величина 1.9(4)×; текст в Nature Physics закрыт платным доступом [142]. Цифры 56% (однокубитные вентили, 2023) и 38(6)% (CZ, 2026) — разные метрики, усреднять их нельзя. Независимого воспроизведения не найдено.

Не опубликовано: статус установки Magne после объявления о заказе 2025-07-17. Мощность ловушки ≈10 мВт на узел при 10⁴ узлов — экстраполяция цифр Fraunhofer, а не измерение S. Ни один ECCN не называет оптику пинцетов, AOD или камеры сверхвысокого вакуума; экспортному контролю подлежит только готовая система.

Кто.
| Организация | Роль | Страна | Что именно делает с технологией | Свидетельство |
|---|---|---|---|---|
| Atom Computing | разработчик | США | Поставляет массивы ¹⁷¹Yb; Magne на 1 225 узлов | C[154] |
| Princeton University | исследования | США | Первой реализовала преобразование ошибок в стирания на Yb; логический кубит [[4,2,2]] | D[141], [142] |
| Caltech | исследования | США | Исключение стираний на Sr; CZ 99.71% | D[136], [143] |
| Microsoft | разработчик | США | Совместно продаёт Magne; стек QEC и декодера | C[11] |
| Hamamatsu Photonics | поставщик | Япония | SLM и камеры; единственный выявленный источник | P[335] |
| US Dept of Commerce | регулятор | США | LOI по CHIPS; ECCN 4A906 | G[300], [301] |

Деньги.
2025-07-17 · QuNorth · заказ «Magne», 1 225 физических / 50 логических, у Atom Computing/Microsoft · €80 M · EIFO + Novo Nordisk Foundation · заказано C[11]факт
2025-11-06 · Atom Computing · DARPA QBI Stage B · до $15 M · DARPA · присуждено G[65]факт
2026-05-21 · Atom Computing · письмо о намерениях по CHIPS · $100 M · US DoC, пакет на $2.013 B · LOI G[300]факт
2026-06-16 · Atom Computing · раунд серии C · $100 M · Third Point · суммарно > $300 M · закрыт C[154]факт

Рынок и цепочка поставок. Специальная оптика, а не кремний: лазеры с узкой шириной линии, скрещённые АОД (два поставщика, названных хоть где-то), SLM и камеры (один), UHV-камеры. Публичной цифры $/кубит нет; €80 M, уплаченные QuNorth за 1 225 физических / 50 логических, дают ≈ €65 k за узел и ≈ €1.6 M за логический кубит C[11]. За этот узел платит G3, условно — G4, G1 делится с массивами на Rb.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Датированного патентного семейства именно по щёлочноземельному кодированию со стиранием не найдено; ближайший выданный патент — US 11,748,652 B1 компании Amazon (2023-09-05), где сопровождается оповещением распад с амплитудным затуханием в двухрельсовых сверхпроводниковых реализациях, а не на атомах G[336]факт. Стандартизационной активности не выявлено.

Дорожные карты и послужной список. Magne, 50 логических (обещано 2025-07-17 · на рубеж 2026/27 · объявления о завершении нет по состоянию на 4 сентября 2026 г.) R[11]; QuEra, 100 логических (2024-01 · на 2026 · превратилось в Libra, >256 логических, 2028) R[162]; Pasqal, 10 000 физических (2024-03 · на 2026 · сдвинуто на 2028, финансирование через SPAC ~$360 M) R[156]. Princeton прошёл рецензирование и самосогласован; Atom Computing поставляет железо, но у них подавление исчезло, как только в эксперимент включили дозагрузку атомов D[148].

Стратегическое прочтение. Если смещение в сторону стираний сохранится при переходе к рабочим кодовым расстояниям, Yb/Sr получают структурное преимущество по накладным расходам на пути к G3/G4 перед действующими игроками на Rb, которым придётся менять лазеры и визуализацию либо изобретать нативное оповещение в Rb; необъявленный выбор элемента у Google — характерный признак C[9]. Поставщики оптики выигрывают при любом исходе, поэтому устойчивая переговорная сила остаётся у дуополий по АОД и камерам. Угроза замещения — сверхпроводниковое двухрельсовое стирание с тактом ~500 ns; ставкой на неё стала покупка Quantum Circuits компанией D-Wave за $550 M Cфакт.

Вехи (12–24 месяца): Magne показывает 50 логических кубитов при декодировании со смещением в стирания in situ, без постселекции (подтверждение); сторонняя группа воспроизводит однокубитное преобразование >50% (подтверждение); декодер реального времени успевает переваривать флаги стираний массива в пределах бюджета цикла (подтверждение) — либо преобразование исчезает при дозагрузке, как это уже произошло с Λ (понижение). В лучшем случае к 2029 г.: массивы с естественными стираниями лежат в основе машины на >100 логических кубитов с подтверждённым снижением накладных расходов; в худшем — преобразование остаётся эффектом уровня одиночного вентиля, и судьбу платформы решает миллисекундный цикл. Открытые вопросы: переживает ли преобразование дозагрузку миллисекундного масштаба; способно ли метастабильное кодирование отыграть свой 6-кратный проигрыш по вентилю; что упирается первым выше 10⁴ — мощность ловушек или полоса АОД. За чем следить: приёмка Magne, выбор элемента у Google, первое воспроизведение вне Princeton.