← Quantum Technology AtlasТехнологии · Машины · Архитектуры · ОрганизацииEnglishעברית

Аналоговый кубит основное–ридберговское состояние enc_gr

Двухуровневый кубит, образованный основным состоянием атома |g⟩ и ридберговским состоянием |r⟩ и возбуждаемый глобально под гамильтонианом изингового типа: вычислительный базис аналоговых ридберговских симуляторов, а не код, подавляющий ошибки.

Аналоговый кубит основное–ридберговское состояние

enc_gr · слой 2 Кодирование · продемонстрировано · с 2017
Открыть на карте

Два вычислительных состояния — основной уровень и ридберговский: собственное кодирование аналоговой ридберговской машины; предел — время жизни ридберговского состояния (~100 µs), а не сверхтонкая когерентность.

Обзор →

Ключевые источники

[262] J. Wurtz et al., “Aquila: QuEra's 256-qubit neutral-atom quantum computer,” arXiv:2306.117… · 2023
[384] H. Bernien et al., “Probing many-body dynamics on a 51-atom quantum simulator,” Nature, vo… · 2017
[385] L. Henriet et al., “Quantum computing with neutral atoms,” Quantum, vol. 4, Art. no. 327, … · 2020
[389] S. de Léséleuc, D. Barredo, V. Lienhard, A. Browaeys, and T. Lahaye, “Analysis of imperfec… · 2018
[388] H. Levine et al., “High-fidelity control and entanglement of Rydberg-atom qubits,” Phys. R… · 2018

Пространство проектирования — атрибуты

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

Пространство оценки — датированные атрибуты

нет датированных атрибутов

Когерентность ограничена временем жизни ридберговского состояния и фазовым шумом лазера; защищённой памяти нет.

Стандартные рекорды

когерентность T2 (эхо/DD) → 11 µs · типичное
Aquila (QuEra): T2* 5.8 µs, T2 with echo 11.4 µs on the ground–Rydberg qubit; analog programs capped at 4 µs · 2023-06 · источник [C] ⓘ
когерентность T2 (эхо/DD) → 32 µs · лучшее
Harvard/MIT (2018): T2* 4.5(1) µs, spin-echo T2 32(6) µs on a ground–Rydberg atom qubit · 2018-09 · источник [D]

Участники и цели — аннотации

Аналоговый симулятор на нейтральных атомах (ридберговские массивы, решёточные газы) — QuEra (Aquila), Pasqal (Fresnel; Orion in analogue mode), ICFO (QUIONE) · G1

Рёбра

нужно: Щелочной атом (Rb/Cs) в пинцете°, Щёлочноземельный (и подобный ему) атом (Yb/Sr) — естественные стирания°
нужен для: Аналоговая эволюция под ридберговским гамильтонианом
альтернативы: Сверхтонкий кубит / кубит на часовом переходе
° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Используют 3 машин (2 основная · 1 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 — Fig. 1: Illustrations of kinetically constrained qubit dynamics in the PXP model and its experimental realisation.a The blue and red curves display…
A three-part figure from a Rydberg-atom array experiment. Panel (a) plots, for each atom of a chain, how a spin observable oscillates in time under the constrained 'PXP' model, comparing an alternating start with one whose central spin is flipped; the difference spreads inside a light cone. Panel (b) draws the atom chain lit by global 780 nm and 480 nm Raman beams, with addressing lasers and a local perturbation; panel (c) is the level scheme in which the ground state is spin-down and the Rydberg state spin-up. From Nature Communications (2026) by De-Sheng Xiang, Lin Li and co-authors. It shows the ground–Rydberg analog qubit at work. “Fig. 1 — Fig. 1: Illustrations of kinetically constrained qubit dynamics in the PXP model and its experimental realisation.a The blue and red curves display the…” by Xiang et al., www.nature.com/articles/s41467-026-73520-3, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Figure 1: Post-quench dynamics in the 2D TFIM. (A) We consider quantum simulations of post-quench dynamics described by the 2D TFIM. The qubits are…
Four-part figure on quench dynamics of a two-dimensional transverse-field Ising magnet simulated with Rydberg atoms. Panel B carries the qubit: a ground level |↓⟩ and a Rydberg level |↑⟩ driven by a global Rabi frequency Ω and detuning δ, beside a small picture of a Pasqal 'Neutral atom QPU' cabinet and a fluorescence image of the square atom array; panels A, C and D give spin-lattice sketches, a phase diagram and measured magnetisation. It is Fig. 1 of arXiv 2608.07178 by T. Mendes-Santos and co-authors (256-qubit processor). It shows how an analog Rydberg machine encodes each qubit in a ground and a Rydberg level. “Fig. 1 — Figure 1: Post-quench dynamics in the 2D TFIM. (A) We consider quantum simulations of post-quench dynamics described by the 2D TFIM. The qubits are initialized…” by Tiago Mendes-Santos et al., arxiv.org/abs/2608.07178, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Extended Data Fig. 2 — Extended Data Fig. 2 Rydberg lifetime.a, Pseudo-level diagram of the Rydberg dynamics and associated decay channels. During Rydberg ev…
A five-panel figure measuring how the Rydberg state of strontium atoms decays. Panel (a) is a level diagram: a laser (Rabi frequency Ω) drives the metastable 3P0 state to the n = 61 Rydberg state, which decays either to states invisible to imaging ('dark', 85 µs) or to visible ones ('bright', 168 µs). Panels (b) and (c) measure these decays, with their pulse sequences as insets; panels (d) and (e) show the Rydberg drive pumping bright 3P2 atoms back, with lifetime 320/Ω² µs. It is Extended Data Fig. 2 of Scholl et al., Nature (2023). Bright decays are the ones that can be flagged as erasures. “Extended Data Fig. 2 — Extended Data Fig. 2 Rydberg lifetime.a, Pseudo-level diagram of the Rydberg dynamics and associated decay channels. During Rydberg evolution with Rabi…” by Scholl et al., www.nature.com/articles/s41586-023-06516-4, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
enc_gr · слой 2 Кодирование · центральность 4.2 · продемонстрировано · с 2017 · обновлено 2026-09-26

Аналоговый кубит основное–ридберговское состояние

Двухуровневый кубит, образованный основным состоянием атома |g⟩ и ридберговским состоянием |r⟩ и возбуждаемый глобально под гамильтонианом изингового типа: вычислительный базис аналоговых ридберговских симуляторов, а не код, подавляющий ошибки.

Вердикт. Его потолок — ограниченное излучением чёрного тела время жизни ридберговского состояния (~150 µs для Rb 70S при 300 K), но рабочее окно задаётся доплеровской и лазерно-фазовой дефазировкой (T2* ≈ 5–6 µs), которая ограничивает длительность программ Aquila величиной 4 µs. По состоянию на 2026-09-26 у него нет ни памяти, ни кода, а линейки вентильной модели обоих поставщиков используют вместо него сверхтонкий базис.

Ключевые источники

Ω = частота Раби; Δ = отстройка; C6 = коэффициент Ван-дер-Ваальса; Rb = радиус блокады; T2* = время дефазировки по Рамси; T2echo = время когерентности по спиновому эху; G1–G7 = классы целей отчёта (см. «Участники и экономика»).

Сущность и происхождение

Кубит — это пара уровней внутри одного атома: |g⟩ в основном многообразии 5S1/2 и |r⟩ = |70S1/2⟩ в машине Aquila компании QuEra на Rb-87, достигаемое двухфотонным возбуждением 420 nm + 1013 nm через 6P3/2 C[262]. «Кодирование» здесь называет вычислительный базис аналоговой машины, а не код: программа — это гамильтониан, выход — узор из g и r. Линия начинается с 51-атомного симулятора изингового типа Harvard–MIT 2017 года D[384], соавтором которого был CEO QuEra Alexander Keesling C[262]; архитектурная статья Pasqal называет это аналоговым уровнем — «программированием гамильтоновых последовательностей» C[385]. Атрибуты: естественный носитель, ничего не изготавливается; нет ни собственного времени шага, ни собственной модальности управления, ни собственного размещения; ошибки потерь и когерентные ошибки.

Физика и пределы

Aquila реализует H(t) = (Ω/2)Σᵢ(e^{iφ}|gᵢ⟩⟨rᵢ| + h.c.) − ΔΣᵢnᵢ + Σ_{i<j} C6/|xᵢ−xⱼ|⁶ nᵢnⱼ, nᵢ = |rᵢ⟩⟨rᵢ|, где C6 = 5.42×10⁶ rad µm⁶ µs⁻¹ для 70S, |Ω| ≤ 15.8 rad/µs, |Δ| ≤ 125 rad/µs C[262]; Pulser использует то же соглашение для базиса «ground-rydberg» у Pasqal C[386]. Блокада запрещает два возбуждения в пределах Rb = (C6/Ω)^{1/6} ≈ 8.4 µm при полной амплитуде возбуждения S[262].

На |r⟩ действуют три предела. Распад: Rb 70S живёт 410 µs при 0 K, но 152 µs при 300 K (60S: 104 µs) S[387], причём на излучение чёрного тела приходится ~63% скорости распада — это потолок и одновременно канал потерь. Доплеровский сдвиг: для встречных пучков (k_eff ≈ 8.8 µm⁻¹) при 10 µK разброс отстройки σ ≈ 0.27 rad/µs даёт время спада рамсеевского сигнала до 1/e ≈ 5 µs S[262], что совпадает с измеренным T2* = 4.5(1) µs D[388]. Фазовый шум и рассеяние: эхо оставляет T2 = 32(6) µs; T1 = 51(6) µs складывается из времени жизни ридберговского состояния 146 µs и ~80 µs рассеяния через 6P3/2 D[388]. Сверхтонкое T2 = 12.6(1) s массива пинцетов на Cs D[138] здесь неприменимо: |r⟩ нельзя перенести на уровень хранения (shelving), поэтому памяти нет.

Достигнутый инженерный уровень

таблица
Год Показатель Кто Тег+ключ
2017-07-13 Программируемая модель изингового типа на 51 атоме с кубитами g–r Harvard/MIT D[384]
2018-05 Затухание осцилляций Раби g–r сведено к нескольким эффектам величиной в несколько процентов группа Browaeys–Lahaye D[389]
2018-09 T2* 4.5(1) µs, T2echo 32(6) µs, точность (fidelity) белловского состояния 0.97(3) Harvard/MIT D[388]
2023-06-20 Aquila: 256 позиций, T2* 5.8 µs, T2echo 11.4 µs, ограничение 4 µs QuEra C[262]
2023-10-11 Sr: точность белловского состояния g–r ≥0.9971 после исключения стираний (erasure) Caltech D[143]
2024-10-21 Разрыв струны в (2+1)D, массив-кагоме, квенч (quench) с локальной отстройкой QuEra, Zoller, Lukin D[226]

Окно почти не сдвинулось: T2* вырос с 4.5 до 5.8 µs, а Aquila обрывает программы на 4 µs — «приблизительной временной шкале когерентной эволюции» C[262].

Производство, материалы и цепочка поставок

На этом слое ничего не изготавливается; изготовление относится к fab_optics. Требование спектральное: пара ридберговских лазеров рядом с пинцетами на 780 nm C[262], у которой когерентность задаёт фазовый шум, а не мощность; выигрыш 2018 года дали фильтрация опорным резонатором (FWHM ≈ 2π × 500 kHz) и инжекционная синхронизация (injection locking) D[388]. Холодный экран сдвинул бы 70S со 152 µs к 410 µs S[387]; реестр описывает коммерческие машины как работающие при комнатной температуре.

Управление, считывание и нагрузка на ввод-вывод

Aquila подаёт один глобальный набор Ω(t), Δ(t), φ(t) C[262], поэтому ввод-вывод возбуждения не растёт с числом атомов; локальная отстройка, первая ручка управления с разрешением по позициям, задала квенч в эксперименте по разрыву струны D[226] и обещана для Vela от Pasqal R[390]. Считывание — разрушающая регистрация флуоресценции на камере с асимметричным бюджетом ошибок: ридберговское состояние прочитано как основное 0.08, основное как ридберговское 0.01, ошибка заполнения 0.007 C[262], — поэтому населённости r занижаются S[262]. При менее чем 10 запусках (shots) в секунду C[262] 10⁴ запусков занимают больше четверти часа.

Роль в стеке

На архитектуре «Аналоговый симулятор на нейтральных атомах (ридберговские массивы, решёточные газы)» (atom_analog) технология занимает слот 2; слоты 7–9 (от кода до межсоединения) пусты. Она требует атома с ридберговским уровнем (alkali), даёт состояния «основное–ридберговское», которых требует g_rydanalog, и заменяется на enc_hf. Машины реестра: Aquila (основная, ✅), Fresnel / Fresnel 2 (основная, 🔎), Orion Alpha/Beta/Gamma (альтернативная, аналоговый режим на atom_rb, 🔎 выведено). Линии вентильной модели используют enc_hf: Gemini от QuEra — цифровая машина на 260 кубитов C[137]; вентильная работа Harvard–MIT кодирует в |F=1,mF=0⟩, |F=2,mF=0⟩ и заходит в 53S1/2 только во время вентилей D[391]; Pasqal возбуждает отдельный базис «digital» |g⟩,|h⟩ через рамановский канал C[386]. Запись журнала пробелов остаётся в силе: enc_hf не описывает аналоговые машины. Её размещение на atom_rb/atom_ae превратилось в atom_analog; у щёлочноземельного варианта D[143] нет машины в реестре.

Свидетельства — как измерены числа

Вентильные бенчмарки неприменимы; показатели — T2*, T2 по эху, затухание осцилляций Раби, когерентность блокированной пары и асимметрия считывания. Aquila публикует их все (Раби 7.5 µs, Раби блокированной пары 8.9 µs) C[262], ни один не перемерен независимо; за пределами классического моделирования программы проверяются по фазовым диаграммам D[226]. Оценки: Aquila ✅; Fresnel 🔎 — аннотация статьи подтверждает лишь разделение на аналоговый и цифровой режимы C[385]; Orion 🔎 — цитируемый блог не называет ни аналогового режима, ни кодирования C[390]; лучшее свидетельство — определение базиса в Pulser.

Страница продукта Gemini называет ⁸⁷Rb и цифровой режим, но не сверхтонкую пару; её отнесение к сверхтонкому кодированию опирается на статьи Harvard–MIT о вентилях. Аннотация о разрыве струны не называет Aquila; на неё указывает лишь авторство QuEra. Не опубликовано: ридберговский уровень, T2* и время эха для Fresnel и Orion у Pasqal — на страницах Pasqal; а в тексте об Aquila — геометрия пучков, принятая в оценке доплеровского эффекта, и подуровень F, mF состояния |g⟩ в аналоговом режиме.

Участники и экономика

Кто.
Организация Роль Страна Что именно они делают с этой технологией Свидетельства
QuEra Computing разработчик США Aquila — машина g–r на 256 позиций с публичным бюджетом когерентности C[262]
Pasqal разработчик Франция Fresnel; базис «ground-rydberg» в Pulser C[385]C[386]
Harvard/MIT (группа Lukin) исследования США Происхождение симулятора g–r и анализ его когерентности D[384]D[388]
Caltech (группа Endres) исследования США Стронциевый кубит g–r с детектированием стираний D[143]

Деньги. По состоянию на 2026-09-26 нет ни одной датированной финансовой позиции, специфичной для кодирования «основное–ридберговское состояние».

Рынок и цепочка поставок. Два коммерческих участника, оба продают также машины вентильной модели; Pasqal перечисляет пять облаков-хостингов и пять площадок, режим не указан C[390]. Концентрация — в ридберговских лазерах и резонаторах. Работает на G1.

Интеллектуальная собственность и стандарты. По состоянию на 2026-09-26 стандарта для показателей аналоговых кубитов не найдено; общее соглашение о гамильтониане служит интерфейсом де-факто C[262]C[386].

Дорожные карты и послужной список. Pasqal (2026-01-29): Vela в 2026 году, более 256 кубитов с локальной отстройкой; измеримое квантовое преимущество до середины 2026 года R[390] — здесь не оценивается. Следующий продукт QuEra относится к вентильной модели C[137].

Стратегическое прочтение. Масштаб без поштучного управления кубитами, без кода и без хранения, ограниченный окном в несколько микросекунд. Если аналоговые результаты выдержат классическую проверку, кодирование сохранит нишу G1 как режим цифровых машин; если нет — оба поставщика уже продают сверхтонкую альтернативу.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить, если к 2027-12-31 коммерческая аналоговая машина опубликует T2 выше 20 µs; понизить, если Vela будет поставлена без показателей когерентности или если к 2027-06-30 не появится ни одного рецензируемого результата об аналоговом преимуществе. Открытые вопросы. (1) Почему время эха у Aquila составляет треть значения 2018 года? (2) Как T2 масштабируется с размером регистра? (3) Дойдут ли щёлочноземельные кубиты g–r с детектированием стираний до продукта? (4) На каком ридберговском уровне и с какой когерентностью работают Fresnel и Orion? (5) Смещает ли асимметрия считывания опубликованные фазовые диаграммы?

Литература
  1. [137] QuEra Computing Inc., “Gemini-Class Gate-Model Quantum Computer.” [Online]. Available: https://www.quera.com/gemini [C]
  2. [138] H. J. Manetsch, G. Nomura, E. Bataille, K. H. Leung, X. Lv, and M. Endres, “A tweezer array with 6100 highly coherent atomic qubits,” Nature, vol. 647, pp. 60–67, 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09641-4. arXiv:2403.12021. [D]
  3. [143] P. Scholl, A. L. Shaw, R. B.-S. Tsai, R. Finkelstein, J. Choi, and M. Endres, “Erasure conversion in a high-fidelity Rydberg quantum simulator,” Nature, vol. 622, p. 273, 2023, doi: 10.1038/s41586-023-06516-4. arXiv:2305.03406. [D]
  4. [226] D. González-Cuadra et al., “Observation of string breaking on a (2 + 1)D Rydberg quantum simulator,” Nature, vol. 642, no. 8067, pp. 321–326, Jun. 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09051-6. [D]
  5. [262] J. Wurtz et al., “Aquila: QuEra's 256-qubit neutral-atom quantum computer,” arXiv:2306.11727, Jun. 2023. [C]
  6. [384] H. Bernien et al., “Probing many-body dynamics on a 51-atom quantum simulator,” Nature, vol. 551, pp. 579–584, Nov. 2017, doi: 10.1038/nature24622. arXiv:1707.04344. [D]
  7. [385] L. Henriet et al., “Quantum computing with neutral atoms,” Quantum, vol. 4, Art. no. 327, Sep. 2020, doi: 10.22331/q-2020-09-21-327. arXiv:2006.12326. [C]
  8. [386] Pasqal (Pulser open-source project), “Conventions — Pulser 1.9.1 documentation,” Pulser documentation. [Online]. Available: https://pulser.readthedocs.io/en/stable/conventions.html [C]
  9. [387] I. I. Beterov, I. I. Ryabtsev, D. B. Tretyakov, and V. M. Entin, “Quasiclassical calculations of blackbody-radiation-induced depopulation rates and effective lifetimes of Rydberg nS, nP, and nD alkali-metal atoms with n ≤ 80,” Phys. Rev. A, vol. 79, no. 5, Art. no. 052504, 2009, doi: 10.1103/PhysRevA.79.052504. arXiv:0810.0339. [S]
  10. [388] H. Levine et al., “High-fidelity control and entanglement of Rydberg-atom qubits,” Phys. Rev. Lett., vol. 121, no. 12, Art. no. 123603, Sep. 2018, doi: 10.1103/PhysRevLett.121.123603. arXiv:1806.04682. [D]
  11. [389] S. de Léséleuc, D. Barredo, V. Lienhard, A. Browaeys, and T. Lahaye, “Analysis of imperfections in the coherent optical excitation of single atoms to Rydberg states,” Phys. Rev. A, vol. 97, no. 5, Art. no. 053803, May 2018, doi: 10.1103/PhysRevA.97.053803. arXiv:1802.10424. [D]
  12. [390] L. Garbini, “Inside Pasqal's 2026 Vision on Quantum for Industry and Research,” Pasqal, Jan. 29, 2026. [Online]. Available: https://www.pasqal.com/blog/inside-pasqals-2026-vision-on-quantum-for-industry-and-research/ [R]
  13. [391] S. J. Evered et al., “High-fidelity parallel entangling gates on a neutral-atom quantum computer,” Nature, vol. 622, no. 7982, pp. 268–272, Oct. 2023, doi: 10.1038/s41586-023-06481-y. arXiv:2304.05420. [D]