← Quantum Technology AtlasТехнологии · Машины · Архитектуры · ОрганизацииEnglishעברית

Коррелированное декодирование / декодирование с учётом потерь (трансверсальные вентили, потеря атомов) dec_corr

Декодеры, которые принимают оповещения (heralding) о потере атома как локализованные стирания (erasure) и декодируют сразу по трансверсальным слоям вентилей, а не раунд за раундом.

Коррелированное декодирование / декодирование с учётом потерь (трансверсальные вентили, потеря атомов)

dec_corr · слой 8 Декодер · продемонстрировано · с 2025
Открыть на карте

Декодирует сквозь трансверсальные вентили и использует флаги потерь; выигрыш QEC 1.73× на процессоре из 448 атомов.

Обзор →

Ключевые источники

[4] D. Bluvstein et al., “A fault-tolerant neutral-atom architecture for universal quantum com… · 2025
[738] M. Cain et al., “Correlated decoding of logical algorithms with transversal gates,” arXiv:… · 2024
[152] H. Zhou et al., “Low-Overhead Transversal Fault Tolerance for Universal Quantum Computatio… · 2025
[739] H. Perrin, G. Roger, and G. Pupillo, “Correlated Atom Loss as a Resource for Quantum Error… · 2026
[142] B. Zhang et al., “Logical qubits with erasure conversion using metastable neutral atoms,” … · 2026

Пространство проектирования — атрибуты

(a) сродство носителя
естественный
(b) время · запутывание
—
(c) считывание
—
(d) подвижность
—
(e) управление
—
(f) структура ошибки
потеря (стирание), преобразуемая в стирание
(g) производство
—

Пространство оценки — датированные атрибуты

loss-aware ML decoding gain → 1.73(13)×
определяет: канал ошибок · 2025-11 · источник

Стандартные рекорды

задержка декодирования за раунд → 1.0 µs · типичное
Harvard/QuEra 448-atom loss-aware maximum-likelihood decoding: 'fast (about 1 us per shot, batched on a GPU)' · 2025-11 · источник [D] ⓘ

Участники и цели — аннотации

Ридберговский массив пинцетов — щелочные атомы (Rb/Cs) — Harvard/MIT, QuEra (Gemini), Pasqal (Orion), Infleqtion, Google (2026; species not stated) · G1 G3 G7
Ридберговский массив пинцетов — щёлочноземельные атомы (Yb/Sr), естественные стирания — Atom Computing/Microsoft, Princeton, Caltech, planqc, Yaqumo · G1 G3 G7

Рёбра

нужно: Высокоскоростные каскадные коды с трансверсальными вентилями°, Алгоритмическая отказоустойчивость / трансверсальные архитектуры°, Коды, адаптированные к стираниям°
нужен для: Коды, адаптированные к стираниям°, Алгоритмическая отказоустойчивость / трансверсальные архитектуры
° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Используют 6 машин (6 основная · 0 альтернатива)

↗ карточка реестра · статья / продукт / пресса: ссылки, где машина названа (атрибуция проверена 20 сентября 2026)

Иллюстрации

У каждой иллюстрации — рассказ о том, что на ней, и строка авторства.

Fig. 1 — Figure 1: Overview of the proof of Theorem 1. (a) A 3DM instance, where the problem is to decide whether there exists a disjoint subset of hyperedge…
A six-panel line drawing from a proof, not hardware. It shows a matching puzzle and small 'gadgets' drawn on colour-code (triangular) and surface-code (square) lattices, plus two code blocks drawn as 3D space-time boxes joined by a transversal CNOT. It is Figure 1 of arXiv paper 2603.22064 by Shouzhen Gu, Lily Wang and Aleksander Kubica. It shows why exact minimum-weight decoding of these codes, and of a transversal CNOT between them, is NP-hard, a cost that transversal fault-tolerant architectures must handle with approximate decoders. “Fig. 1 — Figure 1: Overview of the proof of Theorem 1. (a) A 3DM instance, where the problem is to decide whether there exists a disjoint subset of hyperedges tit…” by Shouzhen Gu, Lily Wang, Aleksander Kubica, arxiv.org/abs/2603.22064, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Figure 1: Physical to code mapping for a molecular tweezer array hosting the data qubits of a rotated surface code, illustrated at d=5d=5. Circles d…
A four-panel drawn figure generated from simulation code, not a photograph: a 5×5 array of molecules held in optical tweezers with dipolar links fading as 1/r³, two ways to put one or two code qubits in each molecule, pairing layouts and a flowchart. It is Figure 1 of "Surface-Code Quantum Error Correction for Molecular Tweezer Arrays: Encoding, Layout, and Correlated Noise" by Niharika Verma and Utpal Roy. It shows a distance-5 rotated surface code laid onto molecules; note that two qubits sharing one molecule suffer correlated errors, including erasures. “Fig. 1 — Figure 1: Physical to code mapping for a molecular tweezer array hosting the data qubits of a rotated surface code, illustrated at d=5d=5. Circles denote code…” by Niharika Verma, Utpal Roy, arxiv.org/abs/2608.21961, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 6 — Fig. 6: Implementation of DecoNet/Helios using five FPGAs. The rightmost FPGA is the root of the tree, and the other four FPGAs are leaf nodes.
A photograph of a bench prototype: an open aluminium frame holding a PC motherboard with five FPGA cards, four "leaf" cards linked by looped cables (grid network) and one "root" card (tree network). It comes from Liyanage, Wu, Houghton and Zhong, paper "Network-Integrated Decoding System for Real-Time Quantum Error Correction with Lattice Surgery", and shows their DecoNet/Helios system. This is classical electronics, not quantum hardware: a real-time decoder that must turn error measurements into corrections as fast as the qubits produce them, here split across several FPGAs. “Fig. 6 — Fig. 6: Implementation of DecoNet/Helios using five FPGAs. The rightmost FPGA is the root of the tree, and the other four FPGAs are leaf nodes.” by Namitha Liyanage, Yue Wu, Emmet Houghton, Lin Zhong, arxiv.org/abs/2504.11805, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
dec_corr · слой 8 Декодер · центральность 7.7 · продемонстрировано · с 2025 · обновлено 2026-09-03

Коррелированное декодирование / декодирование с учётом потерь (трансверсальные вентили, потеря атомов)

Декодеры, которые принимают оповещения (heralding) о потере атома как локализованные стирания (erasure) и декодируют сразу по трансверсальным слоям вентилей, а не раунд за раундом.

Вердикт. Реально на одном наборе данных (1.73(13)× против декодера, слепого к потерям, 448 атомов, четыре раунда); не подтверждено ни при дозагрузке, ни на глубине, ни во второй лаборатории.

Ключевые источники

Λ = коэффициент подавления ошибки на шаг кодового расстояния; QBI = DARPA Quantum Benchmarking Initiative (стадия A — концепция → B — план НИОКР → C — государственная верификация и валидация); G1–G7 = классы целей настоящего отчёта (см. «Участники и экономика»).

Сущность и происхождение

Не железо, а дисциплина декодирования. Декодирование с учётом потерь потребляет оповещение: отсутствующий атом — это стирание в известной позиции, поэтому стабилизаторы, задевающие вакансию, перемножаются в операторы суперпроверки большего веса, по-прежнему коммутирующие с уцелевшим кодом [4]. Коррелированное декодирование решает совместную историю синдромов сразу по трансверсальным (блок-в-блок) слоям, а не поблочно; Cain et al. (Harvard, 2024-03-05) показали, что число раундов между клиффордовыми вентилями падает как O(d)→O(1) [738], что затем обобщено как алгоритмическая отказоустойчивость (Nature 2025) [152].
f = потери + стирание; a/c/d/e/g = отсутствуют — классические вычисления, ни производства, ни размещения [запись графа].

Физика и пределы

Активом здесь является само оповещение: >80% утечки (leakage) в ридберговских массивах приходится на потерю атома, и регистрация флуоресценции её находит [4]. Локализованное стирание стоит декодеру только паулевского фрейма, но не позиции — именно поэтому преобразование в стирания поднимает пороги схемного уровня в 3–4× при неизменной физике вентиля [8]. Платой служит расстояние: каждая суперпроверка есть произведение двух стабилизаторов, так что всякая вакансия локально прореживает код. Коррелированное декодирование платит иначе: трансверсальные CNOT переносят ошибки между блоками, поэтому граф растёт с глубиной схемы, а не с d. Нижнюю границу не сдвигает ничто — остаток без оповещения остаётся нетронутым: утечка по m_F составляет 0.008(1)% на атом на вентиль против 0.087(5)% потери атома факт.

Достигнутый инженерный уровень

таблица
Дата Показатель Кто Тег+ключ
2025-11-10 Выигрыш 1.73(13)× от флагов потерь + ML относительно обычного декодирования, те же данные на 448 атомов Harvard/MIT/QuEra D[4]факт
2026-03 Декодер коррелированных потерь: порог 4% против 3.2% в предположении независимых потерь; 144 µs на раунд; моделирование QPerfect S[739]факт
2026-06-12 [[4,2,2]] на ¹⁷¹Yb: безусловный распад в 1.9(4)× медленнее при использовании информации о стираниях (3.6(1)× — это пост-селектированное удержание) Princeton D[142]факт

Та же схема: 2.14(13)×, d=3→5, четыре раунда. Доминирующий член: потеря атома, а не ошибка Паули.

Не опубликовано: дата закрытия и цена полного приобретения QPerfect компанией BTQ, чей опцион был исполнен между 2025-04 и 2026-07, а также датированное патентное семейство по декодированию с учётом потерь или коррелированному декодированию.

Производство, материалы и цепочка поставок

Никакой фабрики: классические вычислители уже куплены под паросочетание (matching). Область применения задаёт задержка: 144 µs на раунд укладываются в атомный цикл 1–4.5 ms с запасом 7–30× [739], но превышают сверхпроводниковый цикл 1.1 µs в ~130× — вот почему это остаётся специфичным для атомов. Полоса под флаги потерь составляет один бит на узел за раунд, поэтому стеной на 10³–10⁴ атомов оказываются регистрация флуоресценции за ~0.5–1 ms и окно декодирования, растущее с логической глубиной, а вовсе не канал связи. Унаследованные единые точки отказа: регистрация флуоресценции на камерах qCMOS от Hamamatsu факт и два поставщика акустооптических дефлекторов (АОД) факт.

Роль в стеке

Основной декодер на обоих ридберговских массивах пинцетов — на щелочных (Rb/Cs) и щёлочноземельных (Yb/Sr) атомах. Требует высокоскоростных каскадных кодов с трансверсальными вентилями; предоставляет декодирующую половину алгоритмической отказоустойчивости, чьё утверждение о постоянном числе раундов иначе ничем на железе не подкреплено. Производный такт = сумма раунда синдрома (вентили 1 µs, транспорт 800 µs, однокубитные вентили 10 µs, считывание 501 µs) ≈ 1.3 ms, ~0.76 kHz; декодер обязан уложиться внутрь него, а не задавать его. Верификация: 1.73× — это отношение декодера к декодеру на данных одной лаборатории, невоспроизведённое; 4% — моделирование [739]. Четыре раунда не проверяют ни дрейф, ни дозагрузку; контролем служит тороидальный код Atom Computing, где подавление при дозагрузке исчезает (0.63% против 0.64% за цикл) [148]. Расхождение 1.9(4)×/3.6(1)× у Princeton разрешено: одна работа, две разные величины факт.

Участники и экономика

Кто.
Организация Роль Страна Что именно Свидетельство
Harvard/MIT исследования США Коррелированное декодирование, суперпроверки, 1.73(13)× D[4], [738]
QuEra разработчик США Соавтор; Libra 2028 на это рассчитывает D[4]C[153]
QPerfect (BTQ) поставщик Франция Декодер коррелированных потерь; цифровой двойник aQCess S[739]C[740]
Atom Computing пользователь США Yb с нативным стиранием; контрпример с дозагрузкой D[148]C[154]

Деньги.
2025-04-09 · BTQ Technologies · €2 M в QPerfect при оценке €10 M pre-money (16.67%) · term sheet P[741]
2026-07-22 · QPerfect · цифровой двойник aQCess, Equipex+ ANR-21-ESRE-0032 · объявлено C[740]
2026-06-16 · Atom Computing · $100 M раунда серии C (Third Point) + LOI по CHIPS на $100 M · закрыт + LOI C[154]факт
2025-11-06 · DARPA QBI Stage B · Atom Computing, QuEra среди одиннадцати · ≤$15 M каждому факт

Рынок и цепочка поставок. Рынка компонентов нет: такты GPU/ПЛИС (FPGA) уже куплены под паросочетание; риск концентрации лежит выше по цепочке — в регистрации флуоресценции и АОД. Платит только по G3/G4.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Ни одно датированное патентное семейство не называет декодирование с учётом потерь или коррелированное декодирование по состоянию на 4 сентября 2026 г.; методы открыты, код академический.

Дорожные карты и послужной список. Раунды O(d)→O(1) (2024-03): в Nature 2025 показаны только в схеме из четырёх раундов. QuEra, 100 логических (2024-01, на 2026 год): теперь Libra 2028 факт. Физика в срок, продукты с опозданием.

Стратегическое прочтение. Если это устоит, атомы превращают свой худший недостаток в дешёвый учитываемый канал, а трансверсальные архитектуры обыгрывают решёточную хирургию по пространственно-временной стоимости: выигрывают QuEra, Atom Computing, Pasqal и Infleqtion, а сверхпроводниковые вендоры теряют задержку декодера как отличительное преимущество. Угроза замещения: ридберговский CZ выше 99.95% сжимает член потерь. Неконкурентное благо: сдать его в аренду не может ни один поставщик.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить, если декодер QPerfect отработает на реальных синдромах либо второй вендор опубликует собственный выигрыш от учёта потерь; понизить в статусе, если выигрыш умрёт при дозагрузке или за пределами четырёх раундов. В лучшем случае к 2029 году: значение по умолчанию во всех отказоустойчивых стеках на нейтральных атомах; в худшем — архитектура одной группы, никогда не выходящая за 10³ атомов. Открыто: держится ли 1.73× на 10⁴ атомах, на глубинах, где коррелированный граф перерастает память, и на ионах [667]?

Литература
  1. [4] D. Bluvstein et al., “A fault-tolerant neutral-atom architecture for universal quantum computation,” Nature, vol. 649, no. 8095, pp. 39–46, Nov. 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09848-5. arXiv:2506.20661. [D]
  2. [8] Y. Wu, S. Kolkowitz, S. Puri, and J. D. Thompson, “Erasure conversion for fault-tolerant quantum computing in alkaline earth Rydberg atom arrays,” Nat. Commun., vol. 13, Art. no. 4657, 2022, doi: 10.1038/s41467-022-32094-6. arXiv:2201.03540. [S]
  3. [142] B. Zhang et al., “Logical qubits with erasure conversion using metastable neutral atoms,” Nat. Phys., vol. 22, no. 6, pp. 910–916, Jun. 2026, doi: 10.1038/s41567-026-03309-0. arXiv:2506.13724. [D]
  4. [148] Atom Computing and Collaborators, “Quantum error correction with the toric code,” arXiv:2606.04079, Jun. 2026. [D]
  5. [152] H. Zhou et al., “Low-Overhead Transversal Fault Tolerance for Universal Quantum Computation,” Nature, vol. 646, no. 8084, pp. 303–308, 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09543-5. arXiv:2406.17653. [S]
  6. [153] QuEra Computing, “QuEra Expands $230 Million Financing Round Advancing Quantum-Accelerated Supercomputing,” Sep. 9, 2025. [Online]. Available: https://www.quera.com/press-releases/quera-expands-230-million-financing-round-advancing-quantum-accelerated-supercomputing [C]
  7. [154] Atom Computing, “Atom Computing Raises More Than $300 Million to Accelerate Deployment of Fault-Tolerant, Neutral-Atom Quantum Computers,” PR Newswire, Jun. 16, 2026. [Online]. Available: https://www.prnewswire.com/news-releases/atom-computing-raises-more-than-300-million-to-accelerate-deployment-of-fault-tolerant-neutral-atom-quantum-computers-302800832.html [C]
  8. [667] A. Paetznick et al., “Improved quantum processor logical error rates via correction and detection,” Nature, vol. 654, no. 8118, pp. 349–355, Jun. 2026, doi: 10.1038/s41586-026-10628-y. [D]
  9. [738] M. Cain et al., “Correlated decoding of logical algorithms with transversal gates,” arXiv:2403.03272, Mar. 2024. [D]
  10. [739] H. Perrin, G. Roger, and G. Pupillo, “Correlated Atom Loss as a Resource for Quantum Error Correction,” arXiv:2603.24237, Mar. 2026. [S]
  11. [740] BTQ Technologies, “BTQ Technologies' QPerfect Subsidiary and the University of Strasbourg Partner to Support France's First Public Neutral-Atom Quantum Computing Platform,” PR Newswire, Jul. 22, 2026. [Online]. Available: https://www.prnewswire.com/news-releases/btq-technologies-qperfect-subsidiary-and-the-university-of-strasbourg-partner-to-support-frances-first-public-neutral-atom-quantum-computing-platform-302831874.html [C]
  12. [741] C. Choucair, “BTQ Technologies to Invest Over $2 Million in QPerfect to Advance Neutral Atom Quantum Computing,” The Quantum Insider, Apr. 9, 2025. [Online]. Available: https://thequantuminsider.com/2025/04/09/btq-technologies-to-invest-over-2-million-in-qperfect-to-advance-neutral-atom-quantum-computing/ [P]

G Bluvstein et al. (Harvard/MIT/QuEra), Nature 649, 39 (online 2025-11-10; arXiv:2506.20661, 2025-06-25): surface code on up to 448 atoms, 2.14(13)× below threshold in a four-round c… · 2025-11-10 · https://www.nature.com/articles/s41586-025-09848-5
G Evered, Xu, Li, Geim, Bonilla Ataides, Kalinowski, Bluvstein, Maskara, Kokail, Greiner, Vuletic, Lukin (Harvard/MIT), "High-fidelity entangling gates and nonlocal circuits with neu… · 2026-04-28 · https://arxiv.org/abs/2604.25987
G Perrin, Roger, Pupillo (Univ. Strasbourg/CNRS, QPERFECT SAS), "Correlated Atom Loss as a Resource for Quantum Error Correction", arXiv:2603.24237 (2026-03): fast correlated-loss de… · 2026-03 · https://arxiv.org/html/2603.24237
G CONFLICT RESOLVED: the 1.9(4)x and 3.6x figures both appear in arXiv:2506.13724v2 (Princeton [[4,2,2]] metastable 171-Yb) and describe different quantities — the logical decay rate… · 2026-09-04 · https://arxiv.org/html/2506.13724v2
G Hamamatsu Photonics ORCA-Quest qCMOS is the named single-photon-sensitivity camera in the Harvard/QuEra 448-atom fluorescence-imaging line and in MIT, NIST/UMD and Osaka neutral-at… · 2026-09 · https://www.hamamatsu.com/us/en/news/events/2026/APS-DAMOP-2026.html
G Only two acousto-optic deflector suppliers are named across the sourced neutral-atom literature: AA Opto-Electronic (France; DTSX-400 crossed AODs in the Harvard 448-atom system, a… · 2026-09-04 · https://gandh.com/news-and-resources/g-and-h-acousto-optic-deflectors-in-nature-papers
G QuEra: Libra fault-tolerant system 2028 (>256 logical, 10⁻⁶, on Braket) and gigaquop system 2028–29 — its Jan-2024 roadmap had promised 100 logical qubits in 2026 · 2026-06-15 · https://www.quera.com/press-releases/quera-announces-2028-fault-tolerant-quantum-computer-and-expanded-multi-year-strategic-collaboration-with-aws
G Atom Computing: $100 M Series C (Third Point) plus $100 M DoC CHIPS LOI, total > $300 M, 2026-06-16 · 2026-06-16 · https://www.prnewswire.com/news-releases/atom-computing-raises-more-than-300-million-to-accelerate-deployment-of-fault-tolerant-neutral-atom-quantum-computers-302800832.html
G DARPA QBI Stage B (announced 2025-11-06, ~12 months, up to $15 M each): Atom Computing, Diraq, IBM, IonQ, Nord Quantique, Photonic Inc., Quantinuum, Quantum Motion, QuEra, Silicon… · 2025-11-06 · https://www.darpa.mil/research/programs/quantum-benchmarking-initiative/stage-b-selection