← Quantum Technology AtlasТехнологии · Машины · Архитектуры · ОрганизацииEnglishעברית

Сверхтонкий кубит / кубит на часовом переходе enc_hf

Два сверхтонких или ядерно-спиновых подуровня основного состояния в нечувствительной к полю часовой точке — кубит по умолчанию у всякого вендора ионных ловушек и нейтральных атомов.

Сверхтонкий кубит / кубит на часовом переходе

enc_hf · слой 2 Кодирование · продемонстрировано · с 1995
Открыть на карте

Сверхтонкие (или ядерно-спиновые) уровни основного состояния атомов и ионов; когерентность от секунд до часов.

Обзор →

Ключевые источники

[104] P. Wang et al., “Single ion-qubit exceeding one hour coherence time,” Nat. Commun., vol. 1… · 2021
[374] C. R. Monroe, D. M. Meekhof, B. E. King, W. M. Itano, and D. J. Wineland, “Demonstration o… · 1995
[103] M. C. Smith, A. D. Leu, K. Miyanishi, M. F. Gely, and D. M. Lucas, “Single-qubit gates wit… · 2025
[97] A. Ransford et al., “A 98-qubit trapped-ion quantum computer with all-to-all connectivity,… · 2026
[138] H. J. Manetsch, G. Nomura, E. Bataille, K. H. Leung, X. Lv, and M. Endres, “A tweezer arra… · 2025

Пространство проектирования — атрибуты

(a) сродство носителя
естественный
(b) время · запутывание
—
(c) считывание
—
(d) подвижность
—
(e) управление
—
(f) структура ошибки
стохастическая паулиевская, утечка
(g) производство
—

Пространство оценки — датированные атрибуты

leakage per 1Q Clifford (Helios) → 1.1×10⁻⁵
определяет: канал ошибок · 2025-11 · источник

Участники и цели — аннотации

Ионы в ловушках — QCCD (перемещение между зонами) — Quantinuum (H1, H2, Helios, Sol), Universal Quantum · G2 G3 G6 G7
Ионы в ловушках — линейная ловушка Пауля с индивидуальной лазерной адресацией — IonQ (Aria, Forte, Tempo), AQT, Qudoor, Maryland/Duke (EURIQA), Innsbruck · G2 G3 G6 G7
Ионы в ловушках — электронное управление кубитами (СВЧ / РЧ вентили) — Oxford Ionics (IonQ), eleQtron, QUDORA, Universal Quantum · G2 G3 G6 G7
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 (альтернатива) — Atom Computing/Microsoft, Princeton, Caltech, planqc, Yaqumo · G1 G3 G7

Рёбра

нужно: Ион в ловушке°, Щелочной атом (Rb/Cs) в пинцете°, Щёлочноземельный (и подобный ему) атом (Yb/Sr) — естественные стирания°
альтернативы: Метастабильное («omg») кодирование со стираниями, Оптический кубит на узком переходе (S–D иона, часовой переход атома), Аналоговый кубит основное–ридберговское состояние
конфликтует с:
рассеянный и переизлучённый свет регистрации флуоресценции атомов того же вида дефазирует сверхтонкие кубиты данных
цена внутрисхемная регистрация флуоресценции одного атома рассеивает резонансный свет, который поглощают хранимые сверхтонкие кубиты; без разделения или укрытия кубиты данных декогерируют при каждом измерении
смягчение отдельная зона считывания через транспорт (cx_aod), второй вид атомов или укрытие кубитов данных в метастабильных уровнях (enc_omg) · 2023-05
свет флуоресцентной детекции доходит до соседних ионов при считывании в середине схемы
цена свет детекции одного иона доходит до соседей в той же цепочке; считывание сверхтонкого кубита в середине схемы поэтому требует расстояния или скрытого многообразия
смягчение зонированные QCCD-ловушки, уносящие измеряемый ион (cx_qccd), второй вид ионов или укрытие в метастабильных уровнях (enc_omg) · 2021-04
° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Используют 45 машин (44 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.

Extended Data Fig. 1 — Extended Data Fig. 1 Atomic-level diagram and pulse sequence.a, Level diagram showing key levels of 87Rb used in our quantum circuits.…
Two-panel figure. (a) Level diagram of rubidium-87: the qubit is the hyperfine clock pair |0⟩ = |F=1, mF=0⟩ and |1⟩ = |F=2, mF=0⟩ of 5S1/2, 6.8 GHz apart, rotated by a 795 nm Raman laser; 420 nm and 1013 nm lasers excite |1⟩ through 6P3/2 to the 53S1/2 Rydberg state |r⟩ for the entangling gate. (b) A two-qubit circuit and its laser timing: composite (BB1) Raman pulses, one CZ pulse, and a 780 nm push-out and image for readout. It is Extended Data Fig. 1 of Evered et al., Nature (2023). The Rydberg state is visited only during the gate; the qubit lives in the hyperfine pair. “Extended Data Fig. 1 — Extended Data Fig. 1 Atomic-level diagram and pulse sequence.a, Level diagram showing key levels of 87Rb used in our quantum circuits. The clock states, |0⟩…” by Evered et al., www.nature.com/articles/s41586-023-06481-y, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Fig. 1: Experimental setup.a Energy levels of 171Yb+ and 138Ba+ ion and cutaway view of the μ-metal shielding enclosing octagon chamber. The shieldi…
A two-part figure of a trapped-ion memory experiment. Part (a) gives the energy levels of the ytterbium-171 ion — the qubit is the pair of ground hyperfine states 12.642812118 GHz apart — and of a barium-138 ion, around a cut-away drawing of the magnetic shield enclosing the octagonal vacuum chamber and trap. Part (b) is the control diagram: microwaves synthesised from a crystal oscillator reach the ions through a horn, while a 369 nm laser passes modulators, a shutter and acousto-optic modulators into a fibre; a photomultiplier detects fluorescence. From Nature Communications (2021) by Pengfei Wang, Kihwan Kim and co-authors, on a single-ion qubit with coherence estimated beyond one hour. “Fig. 1 — Fig. 1: Experimental setup.a Energy levels of 171Yb+ and 138Ba+ ion and cutaway view of the μ-metal shielding enclosing octagon chamber. The shielding has ten…” by Wang et al., www.nature.com/articles/s41467-020-20330-w, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Figure 1: Illustration of EIT-based fast adiabatic CNOT gates with HISs. (a) shows the atomic energy levels in e.g., Cs atoms. The control qubit ato…
Schematic drawing of an energy-level scheme for a two-atom quantum gate. Panel (a) shows a control and a target caesium atom: the target qubit is stored in two hyperfine 'clock' levels of the ground state (6S1/2, F=3 and F=4), and laser fields couple it through two hyperfine intermediate levels to a highly excited Rydberg level; panels (b1) and (b2) sketch how atomic populations stay or transfer. From arXiv 2606.11655 by Fan, Zhao, Zhang, Xie and Qian, a theory proposal for fast adiabatic CNOT gates. It shows how a hyperfine qubit in a neutral atom is entangled through the Rydberg interaction. “Fig. 1 — Figure 1: Illustration of EIT-based fast adiabatic CNOT gates with HISs. (a) shows the atomic energy levels in e.g., Cs atoms. The control qubit atom is…” by Jiayin Fan, Xingdong Zhao, Manqi Zhang, Fangfang Xie, Jing Qian, arxiv.org/abs/2606.11655, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
enc_hf · слой 2 Кодирование · центральность 7.2 · продемонстрировано · с 1995 · обновлено 2026-09-03

Сверхтонкий кубит / кубит на часовом переходе

Два сверхтонких или ядерно-спиновых подуровня основного состояния в нечувствительной к полю часовой точке — кубит по умолчанию у всякого вендора ионных ловушек и нейтральных атомов.

Вердикт. Наименее дифференцирующий слой в ионно-атомном стеке — универсальный, а потому ни защитного рва, ни блокировки конкурентов; состязание идёт слоем выше, в том, как кубит возбуждают.

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

Два сверхтонких (или ядерно-спиновых) подуровня основного состояния при том подмагничивающем поле, где зеемановский сдвиг первого порядка обращается в ноль и остаётся лишь квадратичный член: когерентность от секунд до часов, причём одноионные памяти достигают часового масштаба [104]. Происхождение здесь — происхождение самой области: первый логический вентиль в ионной ловушке у NIST хранил кубит во внутренних состояниях одного лазерно-охлаждённого иона (Monroe, Meekhof, King, Itano, Wineland, PRL 75, 4714, 1995) [374], и с тех пор это выбор по умолчанию для ионов, а позже и для атомов.
f = Паули + утечка (leakage) — утечка на соседние подуровни, невидимая для паулевского декодера; охват: четыре архитектуры — ионы QCCD и ионы с электронными вентилями, щелочные и щёлочноземельные атомы [запись графа].

Физика и пределы

Часовая точка убивает чувствительность к полю в первом порядке; остаются квадратичный зеемановский член и градиенты поля по регистру, так что память деградирует с ростом размера регистра, а не только со временем. Ограничением служит не память, а возбуждение. Рамановские вентили несут ошибку спонтанного рассеяния, спадающую лишь как ~1/Δ, и рассеянный фотон обычно уводит систему за пределы кубитного многообразия: это утечка, а не ошибка Паули. Убрать лазер — значит убрать и этот член: точность двухкубитного вентиля 99.97(1)%, однокубитного — 99.99916(7)% на десятикубитной семизонной ловушке Dфакт, 8.4×10⁻⁵ без охлаждения до основного состояния D[102]. Предел двигает способ управления, а не кодирование.

Достигнутый инженерный уровень

таблица
Дата Показатель Кто Тег+ключ
2024-12-05 Кубит на часовом переходе ⁴³Ca⁺, микроволновый резонатор на кристалле, комнатная температура, без экранирования: 1.5(4)×10⁻⁷ на клиффорд, T₂ ≈ 70 s Oxford D[103]факт
2025-11 Парк Helios (98 Ba⁺): 1Q 2.5×10⁻⁵, 2Q 7.9×10⁻⁴, утечка 1.1×10⁻⁵ на клиффорд Quantinuum D[97]

На атомах сверхтонкое T₂ у Cs составляет 12.6 s в массиве из 6 100 атомов D[138]. Член масштаба парка машин — утечка на двухкубитном вентиле: ~10⁻⁵ на клиффорд на ионах против ~10⁻⁴ на атом на вентиль в массивах.

Подсчёты PatSnap смешивают патенты и статьи. Не опубликовано: изотоп и переход памяти на Yb⁺ с часовым временем хранения, которую её аннотация называет «a single Yb ion-qubit memory»; многокубитный среднепарковый эквивалент оксфордского 1.5(4)×10⁻⁷; датированный поставщик изотопно обогащённых ¹³⁷Ba или ¹⁷¹Yb, поэтому узкое место обогащения не подтверждено.

Производство, материалы и цепочка поставок

Выделенного техпроцесса нет; кодирование едет на том, что окружает выбранный сорт частиц (Ba⁺, Yb⁺, Ca⁺, Cs, Rb, Sr). Два семейства управления — две цепочки поставок: рамановским вентилям нужен оптический стек (Helios работает более чем на семи длинах волн при 1 228 электродах), тогда как микроволновые дорожки на кристалле его упраздняют и переносят нагрузку на изготовление ловушки — что IonQ и интернализовала покупкой SkyWater C[19]; eleQtron продаёт ту же идею под маркой MAGIC C[129]. Правдоподобным узким местом выглядят обогащённые ¹³⁷Ba и ¹⁷¹Yb, но датированного факта по поставщику найти не удалось; отдельного ECCN нет.

Роль в стеке

Архитектуры: основное кодирование всех трёх ионных архитектур (QCCD; линейная ловушка Пауля с индивидуальной лазерной адресацией; электронное управление кубитами) и ридберговского массива пинцетов на щелочных атомах, альтернативное — на щёлочноземельном массиве пинцетов. Не требует ничего — это базовое кодирование, самый переиспользуемый узел дерева. Его ребро «заменяет», ведущее к omg, на деле является расширением: omg сохраняет эти основные состояния и добавляет метастабильное многообразие, так что один сорт ионов поставляет и кубит, и вспомогательный кубит, и охладитель факт. К производному такту оно не добавляет ничего: на архитектуре QCCD такт задаётся транспортом — раунд 9.66 ms против измеренного слоя полной ширины ~55 ms (≈18 слоёв/s) и вентиля в 70 µs. Верификация: 1.5(4)×10⁻⁷ у Oxford — это один кубит в специально выделенной установке, а 2.5×10⁻⁵ у Quantinuum — среднее по парку из 98 ионов; между ними три порядка, и архитектурным входным параметром служит только парковая цифра.

Участники и экономика

Кто.
Организация Роль Страна Что именно Свидетельство
Quantinuum разработчик США Helios, 98 кубитов Ba⁺ D[97]
IonQ разработчик США Электронные вентили, собственное производство ловушек D[102]C[19]
University of Oxford исследования Великобритания Однокубитный рекорд на ⁴³Ca⁺ D[103]
Atom Computing разработчик США Кубиты на часовом переходе на ядерном спине Yb C[154]

Деньги.
2026-06-03 · Quantinuum · IPO, Nasdaq QNT, после раунда сентября 2025 г. при оценке $10 B pre-money · $1.68 B брутто · закрыт Cфактфакт
2026-07-31 · IonQ · приобретение SkyWater закрыто · ~$1.8 B Cфакт

Рынок и цепочка поставок. Под названием «сверхтонкое кодирование» не продаётся ничего: деньги лежат в возбуждении — лазерные тракты против микроволновых ловушек. Концентрация в оптике низкая и растёт в ловушках теперь, когда у IonQ есть собственная фабрика. Платит по G3/G4/G7, будучи подложкой почти под всяким продемонстрированным до сих пор логическим кубитом.

Интеллектуальная собственность и стандарты. PatSnap Eureka (2026) ставит IonQ на первое место среди поименованных правообладателей: 9+ записей (5 JP, 2 EP, 2 IL на рассмотрении) по вентильным импульсам и колебательным модам; подсчёт смешивает патенты со статьями P[375].

Дорожные карты и послужной список. Quantinuum: Sol в 2027 году, Apollo в 2029 году (обещано 2024-09-10); Helios в срок 2025-11-05, темп 10×/год по квантовому объёму выдержан. IonQ: 256 кубитов при 99.99% сдвинуты на H1 2027, а 4 000 кубитов к 2026 году (обещано в 2020 году) провалены примерно в ~40×. Quantinuum поставляет даты, IonQ — физику.

Стратегическое прочтение. Смысл именно в универсальности: пользуются ею все, а значит, это ни защитный ров, ни средство блокировки. Состязание идёт за способ возбуждения. Если полностью электронное управление отмасштабируется дальше десяти кубитов, лазерный тракт станет обузой для Quantinuum и для всякого атомного вендора; если нет — IonQ купила фабрику ради лабораторного результата.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить, если полностью электронное управление выйдет на среднее по парку ниже 10⁻⁵ с опубликованной утечкой либо вторая группа воспроизведёт 8.4×10⁻⁵; понизить в статусе, если оно останется результатом на десяти кубитах. В лучшем случае к 2029 году: сверхтонкие кубиты с микроволновым возбуждением становятся выбором по умолчанию. В худшем случае: ограниченная градиентами утечка удерживает ионы вблизи 10⁻⁵, а базу забирает omg.

Литература
  1. [19] IonQ, “IonQ Completes Acquisition of SkyWater Technology,” Jul. 31, 2026. [Online]. Available: https://www.ionq.com/news/ionq-completes-acquisition-of-skywater-technology [C]
  2. [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]
  3. [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]
  4. [103] M. C. Smith, A. D. Leu, K. Miyanishi, M. F. Gely, and D. M. Lucas, “Single-qubit gates with errors at the 10⁻⁷ level,” Phys. Rev. Lett., vol. 134, no. 23, Art. no. 230601, Jun. 2025, doi: 10.1103/42w2-6ccy. arXiv:2412.04421. [D]
  5. [104] P. Wang et al., “Single ion-qubit exceeding one hour coherence time,” Nat. Commun., vol. 12, Art. no. 233, Jan. 2021, doi: 10.1038/s41467-020-20330-w. arXiv:2008.00251. [D]
  6. [129] A. Cordes, “Quantum computing scale-up eleQtron secures €57 million in one of the largest Series A funding rounds worldwide,” eleQtron, May 5, 2026. [Online]. Available: https://eleqtron.com/en/quantum-computing-scale-up-eleqtron-secures-57-million-in-one-of-the-largest-series-a-funding-rounds-worldwide/ [C]
  7. [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]
  8. [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]
  9. [374] C. R. Monroe, D. M. Meekhof, B. E. King, W. M. Itano, and D. J. Wineland, “Demonstration of a Fundamental Quantum Logic Gate,” Phys. Rev. Lett., vol. 75, no. 25, pp. 4714–4717, Dec. 1995, doi: 10.1103/PhysRevLett.75.4714. [D]
  10. [375] PatSnap, “Trapped Ion Quantum Computing: Technology Landscape 2026,” Apr. 23, 2026. [Online]. Available: https://www.patsnap.com/resources/blog/rd-blog/trapped-ion-quantum-computing-2026-patsnap-eureka/ [P]

G Smith, Leu, Miyanishi, Gely, Lucas (Oxford), "Single-qubit gates with errors at the 10^-7 level", arXiv:2412.04421 (2024-12-05, rev 2025-05-28): 43Ca+ hyperfine clock qubit in a mi… · 2024-12-05 · https://arxiv.org/abs/2412.04421
G Loschnauer, Mosca Toba, Hughes, King, Weber, Srinivas, Matt, Nourshargh, Allcock, Ballance, Matthiesen, Malinowski, Harty, "Scalable, high-fidelity all-electronic control of trappe… · 2024-07-10 · https://arxiv.org/abs/2407.07694
G Allcock, Campbell, Chiaverini, Chuang, Hudson, Moore, Ransford, Roman, Sage, Wineland, "omg blueprint for trapped ion quantum computing with metastable states", Applied Physics Let… · 2021 · https://cua.mit.edu/dev_site/publications/omg-blueprint-for-trapped-ion-quantum-computing-with-metastable-states
G Quantinuum raised $600 M at a $10 B pre-money valuation (NVentures, Quanta, QED, JPMorgan), 2025-09-04 · 2025-09-04 · https://www.honeywell.com/us/en/news/press-releases/2025/09/honeywell-announces-600-million-capital-raise-for-quantinuum-at-10b-pre-money-equity-valuation-to-advance-quantum-computing-at-scale
G Quantinuum IPO priced 2026-06-03: 28 000 000 shares at $60 = $1.68 B gross, Nasdaq QNT; Q2-2026 revenue $8.0 M, cash $2.1 B, FY guidance $28–32 M · 2026-06-03 · https://www.quantinuum.com/press-releases/quantinuum-announces-pricing-of-upsized-initial-public-offering
G IonQ acquired SkyWater Technology: $15.00 cash + 0.4883 IonQ shares per share (~$1.8 B at announcement 2026-01-26), closed 2026-07-31 · 2026-07-31 · https://www.ionq.com/news/ionq-completes-acquisition-of-skywater-technology