Свободнопространственная лазерная адресация ионов (пучки АОМ/АОД) ct_ionaod

Оптический стол направляет свет для вентилей через смотровые окна и высокоапертурный объектив; акустооптика задаёт, какой ион освещён, а также амплитуду, частоту и фазу света. Многоканальный АОМ даёт по одному РЧ-каналу на фиксированный пучок — 32 на 355 nm в пятикубитной машине Maryland 2016 года, от которой ведёт начало технология D[585]; АОД отображает РЧ-частоту в угол, так что управляемый пучок достигает любого иона D[100]. Сверхтонким кубитам нужна рамановская пара — 355 nm для ¹⁷¹Yb⁺ D[586], 532 nm для ¹³³Ba⁺ D[109]; оптическим кубитам ⁴⁰Ca⁺ — один пучок на 729 nm D[253].
Атрибуты: оптическое управление при комнатной температуре; когерентные ошибки; объёмная оптика; одна сборка на цепочку.

Перекрёстные помехи (crosstalk). Гауссово поле спадает как exp(−d²/w²) — ~10⁻¹² при перетяжке 0.85 µm и шаге 4.43 µm у EURIQA S, — и всё же сосед видит до 2.5% частоты Раби цели D[254]: пол задают аберрации и рассеяние. Опубликованные показатели для соседа, в различающихся мерах, снижаются с <4% в 2016 году D[585] до <9×10⁻⁴ D[587]. При отношении Раби ε ион-наблюдатель, повёрнутый на εθ, теряет ≈(εθ/2)², 2.5×10⁻⁴ при ε = 10⁻² для π-импульса S; будучи когерентной, эта ошибка компенсируется — импульсы светового сдвига с масштабированием по интенсивности снизили показатель для соседа у демонстратора AQT с 0.5% до 1.3×10⁻⁴ D[253].
Наведение и фаза. Дрожание δx сдвигает частоту Раби на ~(δx/w)² S; Forte подбирает перетяжку 1.5 µm с учётом шума наведения D[100]. На 355 nm разность хода 56 nm между встречными плечами равна 1 rad фазы вентиля S; Forte настраивает два из своих четырёх трактов на фазово-нечувствительные однокубитные вентили D[100].
АОД. θ = λf/v; разрешение равно произведению апертурного времени на полосу; тепловой дрейф требует калибровки угла на месте (in situ) G[588]. УФ-АОД Duke отклоняет на 6 mrad в полосе 100 MHz D[587], т. е. v ≈ 5.9 km/s S. РЧ также сдвигает оптическую частоту в зависимости от положения; скрещённые АОД у AQT это компенсируют D[253]. ~50 диаметров пучка по диапазону наведения D[587] охватывают 25–50 ионов при шаге 3–4 µm S. Пары обслуживаются последовательно D[109]: 15 непересекающихся пар при медианном MS-вентиле Forte 672 µs занимают ~10 ms S. Поле зрения и сериализация удерживают цепочку около 30–40 ионов S.

Выше 40 ионов, помимо 98 ионов Helios в ловушке QCCD, существуют только заявления: страница Tempo указывает 100 «целевых» кубитов и 99.9% «целевой точности» (target fidelity) без метода адресации C[101]. 512-ионный кристалл Tsinghua работает с глобальными пучками 411 nm — свободное пространство без адресации D[121].

Сборка, а не пластина: импульсный УФ-лазер (EURIQA: Coherent Paladin 355-4000) D[254], акустооптика — плавленый кварц в УФ, TeO₂ в видимом диапазоне G[588], — объективы и РЧ-синтез; модуль Duke использует АОД Brimrose D[587]. Названы также Gooch & Housego и AA Opto Electronic P[322]; дефлекторы G&H управляют и массивами пинцетов на 3 000 и 6 100 атомов C[504] — цепочка поставок, общая с cx_aod. AQT размещает 12 кубитов в двух 19-дюймовых стойках, 2 m², <2 kW C[382].

Многоканальному АОМ нужен один РЧ-канал на ион при фиксированном шаге — EURIQA оставляет два крайних иона незадействованными, чтобы шаг был однородным D[254]; четыре АОД у Forte, каждый за АОМ, задающим амплитуду, частоту и фазу, по конструкции достигают любого из 40 ионов — в бенчмарке использовалось 36 из-за числа каналов детектирования фотонов — и снимают ограничения с потенциала ловушки D[100]. Переключение (~240 ns) D[587] пренебрежимо; задержку определяет сериализация — циклы кода на Ba-стенде занимают 35–86 ms, все ионы переносятся в D₅/₂ во время считывания посреди схемы D[109]. При 10³ ионов: ~25 оптических столов плюс фотонные связи S.

Слот 5 архитектур «Ионы в ловушках — линейная ловушка Пауля с индивидуальной лазерной адресацией» и «Ионы в ловушках — QCCD (транспорт между зонами)». Технология требует fab_optics (объёмная оптика над ловушкой), даёт поля в свободном пространстве, которых требует g_ms, и заменяется на ct_ionlaser (интегрированная доставка) и ct_ionmw (электронные вентили, двухкубитная ошибка 8.4(7)×10⁻⁵ D[102]). Число машин реестра, несущих её, — 16 (16 как основную); среди них IonQ Aria, Forte, Tempo и 40-ионный Ba-стенд; Quantinuum Helios, H1 и H2; AQT IBEX Q1 и LYNX; PIAST-Q; QSCOUT (Quantum Scientific Computing Open User Испытательный стенд); 70-кубитная ионная машина FIAN / Rosatom; Tsinghua; Innsbruck; Maryland/Duke. Семь ячеек — ✅; ячейка Aria — 🔎: её оптика пучков показана лишь для предшественницы 2019 года D[586]; ячейка Tsinghua — 🔎 и показывает глобальные пучки; Tempo, PIAST-Q и машина Rosatom — 🔎. Qudoor AbaQ в их число не входит: её управление не раскрыто. AQT и Innsbruck описаны в профилях как оптические кубиты ⁴⁰Ca⁺, как и в их цитируемых статьях D[253]D[255]. Пробел G-ionaod закрыт, причём вместо предлагавшегося ion_elec — ion_chain.

Перекрёстные помехи приводятся как отношение частот Раби, отношение интенсивностей (ε²) или ошибка иона-наблюдателя — Duke называет отношение Раби «перекрёстными помехами по интенсивности» D[587], — а измеряются перемещением одного иона через пучок D[253], флаговыми ионами D[254] или одновременными бенчмарками D[109]. DRB у Forte по 435 парам не находит значимой зависимости от расстояния между ионами, но находит значимые ошибки вне модели D[100]. Из открытых страниц поставщиков по состоянию на 2026-09-26 только страница AQT указывает перекрёстные помехи — на соседа <1.8×10⁻² C[382].

Не опубликовано: вид ионов, время гейта и способ адресации у Tempo, собственная архитектура Aria и управление в Qudoor AbaQ; а также какие-либо количественные данные о ВЧ-мощности на тон, многотональной интермодуляции или тепловом дрейфе наведения AOD в ионных системах.

Деньги.

• 2023-12-05 · AQT · 20-кубитный компьютер в двух стойках для LRZ и Munich Quantum Valley, баварское финансирование · ~EUR 9.8 M · контракт заключён C[323]
• 2025-09-17 · IonQ · приобретение Oxford Ionics (ловушки, изготовленные как чипы) · в релизе не указано · закрыто C[18]

Рынок и цепочка поставок. Лазеры, акустооптика, объективы и РЧ — покупные серийные компоненты; УФ-линии иттербия требуют дорогих лазеров с ограниченной мощностью P[322]. Обе архитектуры обслуживают G2, G3, G6 и G7.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Заявки IonQ на компенсацию ошибок геометрии рамановских пучков (JP 2024, EP 2025) P[375]; стандарта отчётности по перекрёстным помехам по состоянию на 2026-09-26 не найдено.

Дорожные карты и послужной список. IonQ (2025-06-13): Tempo, 100 кубитов, 2025; 10 000 на одном чипе, 2027; >2 000 000 к 2030 году, со ссылкой на 2D-ловушки Oxford Ionics и фотонные связи как на средства R[132]. Показатели Tempo остаются целевыми C[101]; фотонная связь двух систем 2026-04-14 не дала ни скорости, ни точности C[589]. LYNX от AQT заявляет QV 32 768 и меньшую чувствительность к фазовому шуму лазера, без числа кубитов C[128].

Стратегическое прочтение. Самый быстрый путь к работающей машине на 30–40 ионов и мерило для интегрированной и электронной доставки, но не путь масштабирования; ценность перемещается к чипам ловушек и связям.

Подтвердить, если к 2027-12-31 IonQ опубликует для Tempo попарные времена вентилей, точности и метод адресации или если будет проведён бенчмаркинг адресуемой цепочки длиннее 60 ионов; понизить, если следующие системы IonQ будут поставлены на электронной или интегрированной доставке. Открытые вопросы. (1) Что задаёт пол для соседа ниже 10⁻³ — аберрации, рассеяние или РЧ-интермодуляция? (2) Могут ли многотональные АОД выполнять параллельные вентили без паразитных пучков? (3) Как дрейф наведения масштабируется с коэффициентом заполнения РЧ? (4) Выдерживает ли двустороннее наведение 100 ионов? (5) Когда фотонная связь выигрывает у более длинной цепочки?