Лазерное управление с интегральной фотоникой (ионы) ct_ionlaser
Волноводы на кристалле подводят к ионам в ловушках излучение охлаждения, вентилей и считывания, заменяя пучки в свободном пространстве оптическими трассами, зафиксированными литографией.
Лазерное управление с интегральной фотоникой (ионы)
Интегральная фотоника в вакууме при комнатной температуре (существуют криогенные ловушки при 4–10 K): Волноводы в ловушке доставляют все длины волн; двухкубитный вентиль > 99.3% (ETH). Helios (≥ 7 длин волн, 8 зон) по-прежнему доставляет свет сфокусированными пучками в свободном пространстве — встроенная в ловушку доставка света заявлена как направление, в продукте её ещё нет.
Ключевые источники
Пространство проектирования — атрибуты
- (a) сродство носителя
- естественный
- (b) время · запутывание
- —
- (c) считывание
- —
- (d) подвижность
- —
- (e) управление
- оптическое @ комнатная
- (f) структура ошибки
- когерентная / калибровочная
- (g) производство
- фабрика ФИС
Пространство оценки — датированные атрибуты
Стандартные рекорды
Участники и цели — аннотации
Рёбра
Используют 4 машин (3 основная · 1 альтернатива)
- ионы в ловушках 4
- Apollo Quantinuum блог ▥ §What is Apollo? (controlled using standard CMOS electronics) ✅
- Helix architecture on Helios Quantinuum статья ▣ Fig. 13 (adaptive vs nonadaptive syndrome extraction); App. A.2.a Adaptive syndrome extraction ✅
- Sol Quantinuum блог ▥ §How do we get there? ('operating approximately 2x faster than Helios') ✅
- Helios Quantinuum статья статья статья ▦ 🔎 (альтернатива)
Иллюстрации
У каждой иллюстрации — рассказ о том, что на ней, и строка авторства.



Лазерное управление с интегральной фотоникой (ионы)
Волноводы на кристалле подводят к ионам в ловушках излучение охлаждения, вентилей и считывания, заменяя пучки в свободном пространстве оптическими трассами, зафиксированными литографией.
Вердикт. Доказано на лабораторных кристаллах (двухионная запутанность с точностью > 99.3%, 2020 г.), но ни в одном продукте: Helios по-прежнему подводит свои ≥7 длин волн к 8 зонам пучками в свободном пространстве, а лучший лазерный вентиль на масштабе (7.9×10⁻⁴) на порядок отстаёт от безлазерного электронного вентиля, с которым он конкурирует.
Λ = коэффициент подавления ошибки на шаг кодового расстояния; QBI = DARPA Quantum Benchmarking Initiative (Stage A — концепция → B — план НИОКР → C — государственная V&V); G1–G7 = классы целей отчёта (см. «Участники и экономика»).
Сущность и происхождение
Излучение для охлаждения, подготовки состояния, вентилей и считывания идёт по одномодовым волноводам, изготовленным в кристалле ловушки или рядом с ним, и выводится к иону через решёточные ответвители, а не пучками в свободном пространстве, юстируемыми через вакуумные окна. ETH Zürich продемонстрировал многоионную логику с волноводной доставкой при двухкубитной точности (fidelity) выше 99.3% в октябре 2020 г. D[583]. В продуктах её пока нет: Helios от Quantinuum (≥7 длин волн, 8 зон) доставляет свет сфокусированными пучками в свободном пространстве, идущими параллельно поверхности кристалла D[97], а комплекс MESA в Sandia вместе с Quantinuum проектирует и испытывает компоненты интегральной фотоники для возможного включения в будущие платформы — по соглашению CRADA, действующему четыре года и продлённому в мае 2026 г. G[501].
Атрибуты: оптическая модальность управления на природном ионном носителе, доставляемая внутрь вакуумной системы; собственного канала вентилей или считывания нет.
Доминирующая ошибка когерентная — перекрёстные помехи, сдвиги от паразитной засветки, фазовый шум; изготовление — фабричный процесс фотонных ИС (SiN, BTO или тонкоплёночный ниобат лития).
Физика и пределы
Физика вентиля здесь не затрагивается: вентили MS и на световом сдвиге работают одинаково, приходит ли пучок от зеркала или из волновода, поэтому времена вентилей остаются микросекундными. Оптическая мощность на узел ограничена потерями в волноводе и эффективностью ответвителя, а поскольку скорость вентиля растёт с интенсивностью, бюджет потерь превращается в бюджет времени вентиля. Паразитная засветка из фотонного слоя даёт ac-штарковские сдвиги и нагрев соседних зон — когерентный канал, которого у доставки в свободном пространстве нет, но взамен у той есть дрейф юстировки. И связывающее материаловедческое ограничение — самая короткая длина волны в наборе: кубиты Ba⁺ в Helios работают на видимых и инфракрасных линиях (вентили на 515 nm), но его охлаждающие ионы Yb⁺ охлаждаются на 369 nm D[97], где потери в волноводе и фотопотемнение максимальны и где расположена дефицитная по цепочке поставок длина волны лазера P[322], — выбор ионов, включая охлаждающий, и фотонная интегрируемость суть одно решение. Чтобы сдвинуть предел, нужны прозрачные в УФ волноводные материалы, лучшие ответвители, более плотное мультиплексирование и модуляторы на кристалле.
Достигнутый инженерный уровень
таблица
| Год | Показатель | Кто | Тег/ключ |
|---|---|---|---|
| 2020-10 | Двухкубитный вентиль с волноводной доставкой на нескольких ионах > 99.3% | ETH Zürich | D[583] |
| 2024-07 | Полностью электронная ловушка на 7 зон, точность двухкубитного вентиля 99.97(1)%, 10 кубитов — без лазеров для вентилей | Oxford Ionics | D[257]факт |
| 2025-10 | Электронный двухкубитный вентиль с ошибкой 8.4×10⁻⁵, без охлаждения до основного состояния | IonQ/Oxford Ionics | D[102] |
| 2025-11-05 | Helios: 98 Ba⁺, 8 зон, ≥7 длин волн, всё в свободном пространстве; ошибка двухкубитного вентиля 7.9(2)×10⁻⁴, однокубитного 2.5(1)×10⁻⁵, приготовления и измерения (SPAM) 4.8(6)×10⁻⁴ | Quantinuum | D[97] |
Неудобное сравнение: лучший лазерный вентиль на масштабе стоит на 7.9×10⁻⁴, тогда как безлазерный электронный вентиль достигает 8.4×10⁻⁵ D[97], [102]. Интегральная фотоника конкурирует стабильностью, числом зон и технологичностью, а не точностью; метрику самого фотонного слоя не публикует ни один вендор.
Производство, материалы и цепочка поставок
Волноводы (SiN или тонкоплёночный ниобат лития) поступают с фабрик фотонных ИС, и соинтегрирование их с электродами ловушки не ограничено исследовательским комплексом MESA в Sandia: коммерческая фотонная фабрика LioniX International изготовила ловушки ETH Zürich 2020 г. с электродами, волноводами и ответвителями на одном кристалле C[882], а кристалл MIT Lincoln Laboratory того же года подводил все длины волн, нужные кубиту Sr⁺ D[883]. Коммерческая фабрика ловушек для серийного производства — линия Infineon в Villach (пластины 6–12 дюймов, анодное соединение, электроды Gen-3 с выходом из плоскости), обслуживающая Oxford Ionics/IonQ, eleQtron и Universal Quantum, тогда как ловушки Quantinuum изготавливает у себя Honeywell C[320]факт. Sandia, таким образом, — партнёр по разработке процесса, а не узкое место в поставках: настоящие единые точки отказа — это поставка УФ-лазеров (TOPTICA) и фабрика Infineon P[322]. Ни один ECCN не называет ионные ловушки или фотонику управления ионами G[301]факт; под контроль может подпасть только готовая машина, по 4A906, и лишь когда число кубитов и ошибка C-NOT попадают в одну полосу — от 34–99 кубитов при ≤ 10⁻⁴ до любой ошибки начиная с 2 000 кубитов факт.
Управление, считывание и нагрузка на ввод-вывод
Helios подводит к каждой из своих 8 зон несколько пучков в свободном пространстве D[97]; та же ловушка несёт 1 228 электродов, так что электрический интерфейс уже на порядок больше — не оптическая доставка является сегодня связывающим ограничением по вводу-выводу. Задержка в контуре вентиля не меняется — она микросекундная и задаётся взаимодействием иона со светом, — поэтому выигрыш здесь в надёжности, а не в скорости. На 10³ ионов, за пределами 8 зон Helios, интегрированная доставка — кандидат для будущих платформ G[501]; на 10⁴ разводка такого числа каналов с малыми перекрёстными помехами не доказана, и ни одно из двух партнёрств с Sandia не называет числа каналов — оба указывают своей целью масштабируемость G[501], [584]; на 10⁶ пути нет, и связывать будет оптическая мощность на один волновод, а не число каналов.
Роль в стеке
Этот узел — альтернативная доставка света в двух ионных архитектурах, «Ионы в ловушках — QCCD (транспорт между зонами)» (Quantinuum) и «Ионы в ловушках — линейная ловушка Пауля с индивидуальной лазерной адресацией»; он требует производства фотонных интегральных схем (ФИС) и питает вентиль Мёльмера — Соренсена и вентиль на световом сдвиге. Он замещает СВЧ- и электронное управление ионами, а стоимость перехода здесь — не замена компонента, а развилка: целая лазерная система против целой системы электродов, а ниже по стеку за ней тянутся геометрия ловушки, выбор рабочего иона и бюджет ошибок. IonQ владеет обеими сторонами развилки. Узел разделяет производственное ограничение платформ на природных носителях, которым нужна фотонная интеграция. Доставка света не входит в производный такт: двухкубитный вентиль у Helios занимает ~70 µs, но раунд составляет 9.66 ms, а измеренный слой во всю ширину регистра — ~55 ms, и в нём доминируют транспорт, сортировка и охлаждение.
Свидетельства — как измерены числа
Двухкубитная цифра 2020 г. — это точность (fidelity) запутанного состояния, которое готовит вентиль с волноводной доставкой D[583], а не измеренная бенчмаркингом ошибка вентиля; парное сравнение с доставкой в свободном пространстве на одной ловушке возможно, но ни одного не опубликовано. Ни один вендор не приводит вклад фотонного слоя в перекрёстные помехи, нагрев паразитной засветкой или фазовый шум; цифры Helios относятся к системному уровню и к доставке в свободном пространстве D[97], а объявление Sandia от августа 2026 г. не содержит их вовсе G[501]. Независимого воспроизведения результата ETH 2020 г. не найдено. Оговорка к прочтению: «рекорд QV» AQT в 32 768 — это 2¹⁵ против 2²⁵ у Quantinuum H2, то есть рекорд внутри класса стоечных машин, причём ни время вентиля, ни точность не раскрыты C[128]факт.
Ни один ECCN не называет ионные ловушки или фотонику для управления ионами. Аргумент о длинах волн Ba⁺ против Yb⁺ — инженерный вывод из подтверждённых источниками фактов о видах ионов и цепочке поставок, а не цитируемое утверждение. Не опубликовано: какая система Quantinuum первой получит интегрированную доставку света — релиз Sandia называет лишь «будущие платформы», а статья о Helios описывает пучки в свободном пространстве; датированное патентное семейство именно по интегрированной фотонике для управления ионами; и будет ли SkyWater производить фотонику для ионных ловушек и в какие сроки.
Участники и экономика
Кто.
| Организация | Роль | Страна | Что именно делает с технологией | Свидетельство |
|---|---|---|---|---|
| Quantinuum | разработчик | США/Великобритания | Вместе с Sandia разрабатывает интегральную фотонику для будущих платформ; 8 зон Helios по-прежнему получают пучки в свободном пространстве | D[97], G[501] |
| Sandia National Laboratories | исследования | США | MESA проектирует и испытывает интегральную фотонику для будущих платформ на ионах в ловушках; CRADA с Quantinuum, MOU с IonQ | G[501], [584] |
| IonQ | разработчик | США | MOU с Sandia по фотонике; владеет Oxford Ionics и SkyWater | C[19], [584] |
| Infineon Technologies | поставщик | Австрия | Коммерческая фабрика ионных ловушек в Villach | C[320] |
| TOPTICA Photonics | поставщик | Германия | Доминирующий поставщик лазеров; УФ — дефицитный вход | P[322] |
Деньги.
2025-09-17 · IonQ · сделка M&A, Oxford Ionics (электронные вентили) · $1.075 B · закрыта Cфакт
2026-06-03 · Quantinuum · IPO, Nasdaq QNT · $1.68 B валовых; выручка 2 кв. 2026 г. $8.0 M, денежные средства $2.1 B · закрыто C[123]факт
2026-07-31 · IonQ · сделка M&A, SkyWater Technology (кэптивная фабрика в США) · ~$1.8 B · закрыта C[19]факт
2026-08-04 · IonQ / Sandia · MOU, квантовое сопроектирование для задач национальной безопасности США · сумма не раскрыта · подписан C[584]факт
Рынок и цепочка поставок. Узел питают два рынка выше по цепочке, и оба узкие: изготовление ФИС, соинтегрированных с электродами ловушки, показанное в MESA, в MIT Lincoln Laboratory и на одной коммерческой фабрике, LioniX, причём PIXEurope — единственная строящаяся мощность с открытым доступом G[582]; и лазеры, способные работать в УФ, где доминирует TOPTICA P[322]. Ни цифра $/шт., ни $/канал не раскрываются. За этот узел платят G3 и G4 — многозонная доставка и есть то, чего требует масштабирование QCCD, — плюс G7 за замену полевой юстировки шагом на фабрике.
Интеллектуальная собственность и стандарты. Датированного патентного семейства именно по интегральной фотонике для управления ионами не найдено. Анализ PatSnap 2026 г. ставит IonQ на первое место среди правообладателей по ионам в ловушках с 9+ заявками на методы вентилей и геометрию пучков P[375]. Стандартизационной активности не выявлено.
Дорожные карты и послужной список. Quantinuum: Helios (обещан 2024-09 · на 2025 · поставлен 2025-11-05), Sol (2027, планарная 2D-ловушка с сеткой зон, проходит валидацию), Apollo (2029) R[118]; обязательство по росту QV в 10× в год выполнено. IonQ: 4 000 кубитов (обещано в 2020 · на 2026 · промах примерно в 40×), 256 кубитов при 99.99% сдвинуты на 1-е полугодие 2027 г.; обоим фотонным обязательствам по состоянию на 4 сентября 2026 г. нет и трёх месяцев, опубликованных результатов нет.
Стратегическое прочтение. Конкурент здесь — не другой поставщик фотоники, а полное удаление лазеров из вентиля. Электронный вентиль лидирует по точности на порядок, лазерная доставка — по продемонстрированному числу зон; архитектуру заберёт тот, кто первым закроет своё отставание. IonQ купила обе стороны и может ждать. Quantinuum ждать не может: она привязана к лазерам, а её интегральная фотоника разрабатывается в национальной лаборатории, обслуживающей заодно её главного конкурента. Аппаратура юстировки в свободном пространстве при любом исходе исключается из конструкции; TOPTICA и Infineon сохраняют переговорную силу в любом случае.
Перспективы и открытые вопросы
Вехи (12–24 месяца): Sol поставляется с интегрированной доставкой в своих зонах и без регресса по точности (подтверждение); Sandia или Quantinuum публикует метрику фотонного слоя (подтверждение); ошибка двухкубитного вентиля при волноводной доставке выходит в декаду 10⁻⁴ (подтверждение) — либо Sol поставляется на пучках в свободном пространстве, как Helios (понижение). В лучшем случае к 2029 г.: интегрированная доставка становится вариантом по умолчанию на всех платформах с лазерными вентилями при масштабе 10³ зон, перекрёстные помехи ниже бюджета ошибки вентиля; в худшем — она остаётся в лабораторных кристаллах, а дорожную карту ионов в ловушках забирают электронные вентили. Открыто: изолированный вклад фотонного слоя в ошибку; существует ли волноводная платформа, пригодная для УФ и, значит, для Yb⁺; переносится ли процесс MESA на производственную фабрику. За чем следить: поставка Sol в 2027 г., первая совместная публикация Sandia — IonQ.
Литература
- [19] IonQ, “IonQ Completes Acquisition of SkyWater Technology,” Jul. 31, 2026. [Online]. Available: https://www.ionq.com/
news/ [C]ionq-completes-acquisition-of-skywater-technology - [97] A. Ransford et al., “A 98-qubit trapped-ion quantum computer with all-to-all connectivity,” Nature, vol. 655, no. 8121, pp. 81–86, Jun. 2026, doi: 10.1038/s41586-026-10676-4. arXiv:2511.05465. [D]
- [102] A. C. Hughes et al., “Trapped-ion two-qubit gates with >99.99% fidelity without ground-state cooling,” arXiv:2510.17286, Oct. 2025. [D]
- [118] Quantinuum, “Quantinuum Unveils Accelerated Roadmap to Achieve Universal, Fully Fault-Tolerant Quantum Computing by 2030,” Sep. 10, 2024. [Online]. Available: https://www.quantinuum.com/
press-releases/ [R]quantinuum-unveils-accelerated-roadmap-to-achieve-universal-fault-tolerant-quantum-computing-by-2030 - [123] Quantinuum, “Quantinuum Announces Pricing of Upsized Initial Public Offering,” Jun. 3, 2026. [Online]. Available: https://www.quantinuum.com/
press-releases/ [C]quantinuum-announces-pricing-of-upsized-initial-public-offering - [128] Alpine Quantum Technologies GmbH, “AQT Sets New European Industry Standard: Introducing the ‘LYNX’ Series with Record-Breaking Quantum Volume,” AQT, May 5, 2026. [Online]. Available: https://www.aqt.eu/
lynx-quantum-volume-record/ [C] - [257] C. Löschnauer et al., “Scalable, High-Fidelity All-Electronic Control of Trapped-Ion Qubits,” PRX Quantum, vol. 6, no. 4, Art. no. 040313, Oct. 2025, doi: 10.1103/h4wk-v31j. arXiv:2407.07694. [D]
- [301] US Department of Commerce, Bureau of Industry and Security, “Commerce Control List Additions and Revisions; Implementation of Controls on Advanced Technologies Consistent With Controls Implemented by International Partners,” Federal Register, vol. 89, p. 72926, Sep. 6, 2024. [Online]. Available: https://www.federalregister.gov/
documents/ [G]2024/ 09/ 06/ 2024-19633/ commerce-control-list-additions-and-revisions-implementation-of-controls-on-advanced-technologies - [320] Infineon Technologies AG, “Trapped ion quantum computing.” [Online]. Available: https://www.infineon.com/
promo/ [C]trapped-ions - [322] M. Ivezic, “The Optical Table's Hidden Supply Chain: Who Really Wins If Trapped-Ion Quantum Computing Wins,” PostQuantum.com, Oct. 1, 2025. [Online]. Available: https://postquantum.com/
quantum-ecosystem/ [P]trapped-ion-quantum-ecosystem/ - [375] PatSnap, “Trapped Ion Quantum Computing: Technology Landscape 2026,” Apr. 23, 2026. [Online]. Available: https://www.patsnap.com/
resources/ [P]blog/ rd-blog/ trapped-ion-quantum-computing-2026-patsnap-eureka/ - [501] T. Rummler, “In the Mountain West, a quantum computing collaboration announces major results,” Sandia Lab News, Aug. 27, 2026. [Online]. Available: https://www.sandia.gov/
labnews/ [G]2026/ 08/ 27/ in-the-mountain-west-a-quantum-computing-collaboration-announces-major-results/ - [582] imec, “The European Commission and Chips JU select the PIXEurope consortium to lead the European Pilot Line on Advanced Photonic Integrated Circuits,” Nov. 24, 2024. [Online]. Available: https://www.imec-int.com/
en/ [G]press/ european-commission-and-chips-ju-select-pixeurope-consortium-lead-european-pilot-line - [583] K. K. Mehta et al., “Integrated optical multi-ion quantum logic,” Nature, vol. 586, no. 7830, pp. 533–537, Oct. 2020, doi: 10.1038/s41586-020-2823-6. [D]
- [584] IonQ, “IonQ and Sandia National Laboratories Sign MOU to Accelerate Quantum Co-Design for National Security Applications,” Aug. 4, 2026. [Online]. Available: https://www.ionq.com/
news/ [C]ionq-and-sandia-national-laboratories-sign-mou-to-accelerate-quantum-co-design-for-national-security-applications - [882] LioniX International, “A photonic integrated ion trap for scalable quantum computing,” Nov. 20, 2020. [Online]. Available: https://www.lionix-international.com/
about-us/ [C]blog/ a-photonic-integrated-ion-trap-for-scalable-quantum-computing/ - [883] R. J. Niffenegger et al., “Integrated multi-wavelength control of an ion qubit,” Nature, vol. 586, no. 7830, pp. 538–542, Oct. 2020, doi: 10.1038/s41586-020-2811-x. arXiv:2001.05052. [D]