Метастабильное («omg») кодирование со стираниями enc_omg
Кубит живёт в метастабильном мультиплете, поэтому его доминирующий распад детектируемо выводит систему из подпространства, превращая паулиевские ошибки в локализованные стирания (erasure).
Метастабильное («omg») кодирование со стираниями
Кубит в метастабильном многообразии: распад выводит из подпространства детектируемо; ионы (предложение) и атомы Yb (показано).
Обзор →Ключевые источники
Пространство проектирования — атрибуты
- (a) сродство носителя
- естественный
- (b) время · запутывание
- —
- (c) считывание
- —
- (d) подвижность
- —
- (e) управление
- —
- (f) структура ошибки
- преобразуемая в стирание
- (g) производство
- —
Пространство оценки — датированные атрибуты
Часто цитируемое 3.6(1)× относится к постселектированному удержанию; архитектурно значимо безусловное 1.9(4)× (arXiv:2506.13724 v1 и v2).
Участники и цели — аннотации
Рёбра
Используют 1 машин (1 основная · 0 альтернатива)
- нейтральные атомы 1
- metastable Yb-171 erasure array Princeton (Thompson group) статья статья статья ▣ Fig. 1 (3P0 qubit; leakage to 1S0 detected via 1P1 imaging) ✅
Иллюстрации
У каждой иллюстрации — рассказ о том, что на ней, и строка авторства.



Метастабильное («omg») кодирование со стираниями
Кубит живёт в метастабильном мультиплете, поэтому его доминирующий распад детектируемо выводит систему из подпространства, превращая паулиевские ошибки в локализованные стирания (erasure).
Вердикт. Физика подтверждена на атомах и ионах, но измеренная доля преобразования составляет 38–50%, а не 98%, которые предполагала теория, и ни один поставщик её не отгружает. Понизить, если до конца 2027 г. не появится вентиль с долей преобразования >70%.
Λ — коэффициент подавления ошибок на один шаг кодового расстояния; QBI — DARPA Quantum Benchmarking Initiative (Stage A — концепция → B — план НИОКР → C — государственная верификация и валидация); G1–G7 — классы целей, принятые в отчёте (см. «Участники и экономика»).
Сущность и происхождение
omg-кодирование помещает вычислительный базис внутрь долгоживущего метастабильного мультиплета, выбранного так, чтобы доминирующий распад уводил атом или ион наружу из подпространства кубита — в состояние, которое подсвечивает циклический переход. Тогда ошибка есть не паулиевский переворот неизвестного кубита, а локализованная потеря с оповещением (heralded), то есть стирание.
Название взято из ионного эскиза архитектуры: optical–metastable–ground — три мультиплета в одном ионном виде, так что один ион служит и кубитом, и анциллой, и охладителем (Allcock, Campbell, Chiaverini, Chuang, Hudson, Wineland и коллеги, 2021) D[333]. Wu, Kolkowitz, Puri и Thompson перевели это в количественную форму для нейтральных атомов: 98% ошибок ¹⁷¹Yb преобразуемы в стирания, порог растёт с 0.937% при паулиевском шуме до 4.15% при шуме стирания S[8]. Kang, Campbell и Brown перенесли подход на ионы S[392]. Первая аппаратная реализация: Princeton, 2023 D[141].
Атрибуты (граф технологий): a сродство к носителю 0.0, естественные носители. b характерного времени нет, собственного механизма запутывания нет. c собственного считывания нет; оно делегируется той внутрисхемной проверке на стирание, которую само же кодирование и делает возможной. d подвижности нет. e ни модальности управления, ни размещения. f структура ошибок с точки зрения кода: стирание. g производства нет. Кодирование общее для обоих семейств носителей — нейтральных атомов и ионов в ловушках.
Физика и пределы
Механизм — это иерархия времён жизни. В ¹⁷¹Yb кубитом служит ядерный спин часового состояния 6s6p ³P₀; в ⁴⁰Ca⁺ — два зеемановских подуровня D₅/₂. Оба живут долго на фоне длительности схемы и распадаются в основной мультиплет, который рассеивает фотоны на сильном переходе, тогда как метастабильный — нет. Поэтому короткая флуоресцентная проверка сообщает, какой именно узел покинул кодовое пространство, не задевая те, что остались: наведённую ошибку на выживших Princeton измерил на уровне ниже 10⁻⁵ D[141].
Пол задаётся ошибками, которые остаются внутри мультиплета: рамановским рассеянием обратно в подпространство кубита, магнитной дефазировкой на малых зеемановских расщеплениях, нерезонансной связью между вычислительными подуровнями — всё это паулиевский шум без оповещения. Oregon измерил это разделение: детектируется ~94% спонтанного рамановского рассеяния и практически все события распада, но преобразована лишь половина полного бюджета ошибок D[393]; в запуске [[4,2,2]] у Princeton преобразовано 38(6)% D[142]. Стирание даёт больше на единицу частоты — при 1% стираний поверхностный код терпит 0.51% паулиевской ошибки, в 5.2× больше стандартного протокола S[334]факт, — но выигрыш масштабируется вместе с долей преобразования, так что остаток образует пол, снимаемый только улучшением физики вентиля.
Достигнутый инженерный уровень
Лучшее продемонстрированное по состоянию на 3 сентября 2026 г.: двухкубитный вентиль с точностью (fidelity) 99.16% после вычитания стираний на ⁴⁰Ca⁺ D[393] и блок [[4,2,2]], распад которого замедляется в 1.9(4)× при использовании информации о стираниях D[142]. Типичное при масштабе: ничего — все поставляемые машины работают на кубитах в основном мультиплете.
Хронология рекордов
| Год | Показатель | Кто | Тег+ключ |
|---|---|---|---|
| 2022-01 | 98% ошибок ¹⁷¹Yb преобразуемы в стирания; порог 0.937% → 4.15% | Princeton | S[8] |
| 2023-10 | Метастабильный ¹⁷¹Yb: 1Q 0.9990(1), CZ 0.980(1), ошибка проверки <10⁻⁵ | Princeton | D[141] |
| 2023-10 | ⁸⁸Sr, белловское состояние ≥0.9971 после исключения стираний | Caltech | D[143] |
| 2024-11 | ⁴⁰Ca⁺, белловское состояние 97.73% «сырое» → 99.16% с вычитанием стираний, ≈400 µs | Oregon | D[393] |
| 2026-06 | [[4,2,2]]: CZ 0.984(1), 38(6)% стираний, распад медленнее в 1.9(4)× | Princeton | D[142] |
| 2026-08 | Внутрисхемное охлаждение в основное состояние и считывание анциллы | Oregon | D[394] |
Доминирующий вклад — непреобразованный остаток: половина «сырой» вентильной ошибки ⁴⁰Ca⁺ величиной ≈1.4% переживает проверку D[393], равно как и 62(6)% ошибки CZ величиной 1.6(1)% на ¹⁷¹Yb D[142] — намного хуже, чем 99.854% «сырых» на Rb-массиве Harvard D[4] или 7.9×10⁻⁴ на Helios D[97].
Производство, материалы и цепочка поставок
Шага изготовления нет: атрибут производства — «отсутствует», а кодирование едет на той ловушке, которую использует носитель. Меняется оптика: лазер перевода на полку / часовой лазер (578 nm для ¹⁷¹Yb, 674 nm для Ca⁺, 1762 nm для Ba⁺), перекачка обратно из мультиплета, а в случае Oregon — рамановская пара на 976 nm с отстройкой −43 THz, оплаченная мощностью D[393]. Поставщики — обычный для этой области набор: Toptica, M Squared, Menlo Systems и NKT Photonics для источников; Stable Laser Systems для резонаторов из стекла со сверхнизким расширением; Hamamatsu и Andor для камер проверки. Единые точки отказа: ULE-резонатор и часовой лазер, оба — рынки менее чем на десяток поставщиков. Уязвимость к экспортному контролю идёт через лазеры, а не через кодирование: ограничения Wassenaar категории 6 и квантовое правило US BIS от 2024-09-06 действуют независимо от того, какой мультиплет несёт кубит.
Управление, считывание и нагрузка на ввод-вывод
Число линий на кубит не меняется — это главная коммерческая привлекательность кодирования. Растут число длин волн и объём калибровки: дополнительная подготовка состояния, точность перевода на полку и проверка, чья частота ложных срабатываний идёт на вход декодеру. Решающая величина — стоимость проверки в единицах такта, и она благоприятна на обоих носителях. Атомные массивы и так платят 0.5–1 ms за регистрацию флуоресценции внутри раунда длительностью 1–4.5 ms D[4]S[31], поэтому проверка, которая и есть эта регистрация, обходится почти даром; ионные машины идут ~55 ms на слой D[97], так что флуоресцентная проверка длительностью в несколько сотен µs составляет от него ~1%. Yale и AWS показали, что кубиты со стиранием выигрывают лишь тогда, когда время проверки мало́ по сравнению с циклом S[395]факт, — здесь это выполняется. Стена на 10³–10⁶ кубитах — полоса декодера, а не ввод-вывод: флаги стирания примерно удваивают полезную нагрузку синдрома.
Роль в стеке
Технологию несут три архитектуры: Ридберговский массив пинцетов — щёлочноземельные атомы (Yb/Sr), естественные стирания как основное кодирование (Atom Computing совместно с Microsoft, Princeton, Caltech) и две ионные архитектуры как альтернативное — линейная ловушка Пауля с индивидуальной лазерной адресацией (IonQ, AQT, Quantum Art) и электронное управление кубитами (СВЧ / РЧ вентили) (IonQ совместно с Oxford Ionics, eleQtron). Оно требует щёлочноземельного атома или иона в ловушке с доступным метастабильным мультиплетом; оно даёт структуру детектируемого распада, которую потребляет внутрисхемная проверка на стирание; оно заменяет сверхтонкое кодирование в основном мультиплете. Переход стоит перекалиброванной цепочки подготовки и считывания плюс одного-двух лазеров. Производный такт = сумма раунда синдрома: слои вентилей + транспорт + считывание + сброс: 1.5×10⁻³ s на ионной архитектуре с электронными вентилями (задаётся вентилями), где кодирование добавляет ≈1%, и 1.3×10⁻³ s на щёлочноземельном массиве пинцетов (задаётся транспортом), где оно не добавляет ничего. Редкий узел слоя 2 без штрафа по такту, поэтому следить надо за долей преобразования, а не за быстродействием. Соседние пустые слоты: нет нативного для стирания кодирования для искусственных носителей и нет проверки на стирание быстрее 100 µs для ионов D[394].
Свидетельства — как измерены числа
Ключевые числа получены из оценок по белловским состояниям и рандомизированному бенчмаркингу с постселекцией: прогоны, в которых сработала проверка, отбрасываются, поэтому точность «с вычитанием стираний» является условной — законной для канала и незаконной как системный показатель качества. Результат Princeton по [[4,2,2]] — честная форма: 1.9(4)× относится к логическому уровню, причём информация о стираниях действительно используется D[142]. Не охвачено: частоты ложных срабатываний и пропусков проверки, способные вдвое сократить эффективное расстояние S[395], и коррелированная утечка.
Конфликты. (i) Запись графа фиксирует улучшение на [[4,2,2]] как 3.6×; arXiv:2506.13724 v1 и v2 обе указывают 1.9(4)×, что мы и используем, считая 3.6× устаревшим факт. (ii) Точности белловских состояний у Oregon читаются как 98.56%/99.14% в HTML на arXiv и как 98.61%/99.16% в Physical Review A, отстройка −43 против −44 THz; использованы журнальные значения D[393]. (iii) Доля преобразования 98% S[8] — верхняя граница по идеализированной описи ошибок, а не сорванная цель.
Не опубликовано: длительность и точность неразрушающего считывания метастабильного состояния методом квантовой логики в Орегоне [394].
Участники и экономика
Кто.
| Организация | Роль | Страна | Что именно делает с технологией | Свидетельство |
|---|---|---|---|---|
| Princeton | исследования | США | Породил преобразование ошибок в стирания на метастабильном Yb-171; демонстрация [[4,2,2]] | D[8], [141], [142] |
| University of Oregon | исследования | США | Единственный вентиль на метастабильных ионах с преобразованием ошибок в стирания; внутрисхемное охлаждение в архитектуре omg | D[393], [394] |
| Caltech | исследования | США | Исключение стираний на ридберговских состояниях Sr | D[143] |
| UCLA | исследования | США | Соавтор эскиза архитектуры omg; теория метастабильных ионов | D[333], [392] |
| MIT Lincoln Laboratory | исследования | США | Соавтор эскиза архитектуры; коррекция логического кубита на спиновом кошачьем состоянии одиночного иона | D[333], [396] |
| Duke | исследования | США | Сравнение на поверхностном коде: ионы в основном и в метастабильном мультиплете | S[392] |
| Atom Computing | разработчик | США | Массивы ¹⁷¹Yb, внедрение возможно без смены атомного вида; QBI Stage B | факт |
| QuEra | разработчик | США | Массивы Rb, использующие потерю атома, а не метастабильное стирание | Cфакт |
| Infleqtion | разработчик | США | Массивы Sr/Rb, 12 логических кубитов с коррекцией потерь | факт |
| IonQ | разработчик | США | Безлазерные вентили устраняют ту самую ошибку, которую оповещает о omg | D[102]факт |
| Quantinuum | разработчик | США | Ba⁺ Helios; естественный носитель для omg, но метастабильной программы нет | D[97] |
| Microsoft | пользователь | США | Продаёт Magne совместно с Atom Computing; декодирование с учётом стираний | факт |
Деньги. Ни одно событие финансирования не выделено специально под метастабильное кодирование; эти деньги покупают платформы-носители.
- 2025-09-17 · IonQ · M&A, Oxford Ionics · $1.075 B · объявлено 2025-06-09 · закрыто факт
- 2025-11-04 · US DOE · продление пяти National QIS Research Centers · $625 M / пять лет · закрыто факт
- 2025-11-06 · DARPA · QBI Stage B, 11 команд, среди них Atom Computing, QuEra, IonQ · ≤$15 M каждой · отобраны факт
- 2026-02-17 · Infleqtion · IPO, NYSE (INFQ) · >$550 M брутто · закрыто факт
- 2026-04-27 · Quantum Art · расширение раунда серии A · $140 M · закрыто P[125]
- 2026-05-21 · US Dept of Commerce · письма о намерениях по CHIPS, Atom Computing $100 M, Infleqtion $100 M · $2.013 B суммарно · необязывающие факт
- 2026-06-16 · Atom Computing · раунд серии C плюс письмо о намерениях DoC · >$300 M накопленным итогом · Third Point · закрыто + LOI C[154]факт
- 2026-06 · Quantinuum · IPO, Nasdaq (QNT) · $1.68 B · после $600 M при оценке $10 B до размещения · закрыто G[123]
- 2026-07 · IonQ · M&A, SkyWater Technology · $1.8 B · закрыто G[19]
- 2026-08-28 · Pasqal · завершение сделки SPAC · ~$360 M денежными средствами · выручка €16.5 M за 2025 г. · закрыто P[156]
Рынок и цепочка поставок. Продукта omg никто не продаёт; обеспечивающие его лазеры, резонаторы и камеры и так являются зависимостью каждой платформы-носителя, так что внедрение добавляет один-два лазерных канала к системам вроде Magne (€80 M, 50 логических) факт. Платят за это только G3 и G4 (ранняя и крупномасштабная отказоустойчивость); G1 выигрывает незначительно — через исключение стираний в симуляторах D[143]. G2 и G5–G7 не выигрывают.
Интеллектуальная собственность и стандарты. Патентного семейства, специфичного именно для метастабильного кодирования со стиранием, в поименованной базе по состоянию на 3 сентября 2026 г. не найдено; ближайший выданный аналог — Amazon Technologies US 11,748,652 B1 на оповещение распада с амплитудным затуханием (2023-09-05) факт. Судебных споров нет, органа по стандартизации нет; Stim моделирует это кодирование программно C[397].
Дорожные карты и послужной список. (2021 · эскиз архитектуры omg · выполнен частично — запутывание в Oregon в 2024 г. D[393], внутрисхемное охлаждение в 2026 г. D[394]; продукта нет.) (2022-01 · доля преобразования 98% · промах в 2.6×, измерено 38(6)% D[142].) (2028 · QuEra Libra, >256 логических · есть в дорожной карте, обязательств по метастабильному варианту нет факт.) (2026/27 · Magne, 50 логических · в стадии установки, Yb в основном мультиплете факт.) Обещаний по omg поставщики не давали, так что и нарушать нечего.
Стратегическое прочтение. Выиграли бы поставщики щёлочноземельных атомов и те ионные поставщики, которые всё ещё применяют лазерные вентили; проиграли бы декодерные стеки, настроенные на паулиевский шум. Замещение подступает с обеих сторон: потеря атома составляет >80% утечки в массиве, и Harvard детектировал её на Rb в основном мультиплете, получив 2.14(13)× ниже порога D[4], тогда как безлазерные ионные вентили на уровне 8.4×10⁻⁵ попросту уничтожают ту ошибку, которую ловит omg D[102].
Перспективы и открытые вопросы
Подтвердить, если для вентиля будет заявлена доля преобразования >70% полной ошибки при остатке ниже 3×10⁻³ либо если поставщик объявит продуктовую линейку на метастабильных состояниях. Понизить, если до конца 2027 г. не будет опубликована доля преобразования выше 50% либо если безлазерный ионный вентиль с ошибкой ниже 10⁻⁴ пойдёт в серийную поставку. В лучшем случае к 2029 г.: щёлочноземельный массив исполняет код расстояния 5 с декодированием, учитывающим стирания, и сообщает Λ выше базовой линии, построенной на одних лишь потерях. В худшем случае: потеря атома остаётся единственным стиранием, которое кому-либо нужно, и всё это остаётся программой двух лабораторий.
Открытые вопросы. (1) Почему измеренная доля преобразования составляет 38–50%, когда модель обещает 98%, — виноват вентиль, проверка или опись ошибок? (2) Помогает ли информация о стираниях по-прежнему, если на расстоянии ≥5 учесть пропуски? (3) Чем задана остаточная паулиевская ошибка — выбором подуровней или вентильным лазером? (4) Можно ли считать метастабильную анциллу неразрушающим образом внутри атомного цикла в 1 ms? Следить за следующей работой Princeton, за тем, откроет ли Atom Computing доступ к метастабильному мультиплету, и за тем, имеет ли неопубликованное «новое семейство кодов» Quantinuum структуру стирания.
Литература
- [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]
- [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]
- [19] IonQ, “IonQ Completes Acquisition of SkyWater Technology,” Jul. 31, 2026. [Online]. Available: https://www.ionq.com/
news/ [G]ionq-completes-acquisition-of-skywater-technology - [31] H. Zhou et al., “Resource Analysis of Low-Overhead Transversal Architectures for Reconfigurable Atom Arrays,” Proc. 52nd Annu. Int. Symp. Comput. Archit. (ISCA), 2025, doi: 10.1145/3695053.3731039. arXiv:2505.15907. [S]
- [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]
- [123] Quantinuum, “Quantinuum Announces Pricing of Upsized Initial Public Offering,” Jun. 3, 2026. [Online]. Available: https://www.quantinuum.com/
press-releases/ [G]quantinuum-announces-pricing-of-upsized-initial-public-offering - [125] M. Abdel-Kareem, “Quantum Art Extends Series A to $140M to Scale Trapped-Ion Architecture,” Quantum Computing Report, Apr. 27, 2026. [Online]. Available: https://quantumcomputingreport.com/
quantum-art-extends-series-a-to-140m-to-scale-trapped-ion-architecture/ [P] - [141] S. Ma et al., “High-fidelity gates with mid-circuit erasure conversion in a metastable neutral atom qubit,” Nature, vol. 622, p. 279, 2023, doi: 10.1038/s41586-023-06438-1. arXiv:2305.05493. [D]
- [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]
- [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]
- [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/ [C]atom-computing-raises-more-than-300-million-to-accelerate-deployment-of-fault-tolerant-neutral-atom-quantum-computers-302800832.html - [156] M. Swayne, “Pasqal Completes SPAC Merger With $360 Million in Cash,” The Quantum Insider, Aug. 28, 2026. [Online]. Available: https://thequantuminsider.com/
2026/ [P]08/ 28/ pasqal-completes-spac-merger-with-360-million-in-cash/ - [333] D. T. C. Allcock et al., “omg blueprint for trapped ion quantum computing with metastable states,” Appl. Phys. Lett., vol. 119, no. 21, Art. no. 214002, Nov. 2021, doi: 10.1063/5.0069544. arXiv:2109.01272. [D]
- [334] A. Kubica et al., “Erasure Qubits: Overcoming the T₁ Limit in Superconducting Circuits,” Phys. Rev. X, vol. 13, no. 4, Art. no. 041022, Nov. 2023, doi: 10.1103/PhysRevX.13.041022. arXiv:2208.05461. [S]
- [392] M. Kang, W. C. Campbell, and K. R. Brown, “Quantum Error Correction with Metastable States of Trapped Ions Using Erasure Conversion,” PRX Quantum, vol. 4, no. 2, Art. no. 020358, Jun. 2023, doi: 10.1103/PRXQuantum.4.020358. arXiv:2210.15024. [S]
- [393] A. Quinn et al., “High-fidelity entanglement of metastable trapped-ion qubits with integrated erasure conversion,” Phys. Rev. A, vol. 113, no. 4, Art. no. L040601, Apr. 2026, doi: 10.1103/p3cy-8yjk. arXiv:2411.12727. [D]
- [394] S. Brudney et al., “Mid-circuit ground-state cooling and ancilla readout in the omg architecture,” arXiv:2608.13181, Aug. 2026. [D]
- [395] K. Chang et al., “Surface Code with Imperfect Erasure Checks,” PRX Quantum, vol. 6, no. 4, Art. no. 040355, Dec. 2025, doi: 10.1103/d1v7-nctj. [S]
- [396] K. DeBry et al., “Error correction of a logical qubit encoded in a single atomic ion,” Nat. Phys., vol. 22, no. 9, pp. 1446–1452, Sep. 2026, doi: 10.1038/s41567-026-03315-2. [D]
- [397] quantumlib, “Gates supported by Stim,” GitHub. [Online]. Available: https://github.com/
quantumlib/ [C]Stim/ blob/ main/ doc/ gates.md