← Quantum Technology AtlasТехнологии · Машины · Архитектуры · ОрганизацииEnglishעברית

Оптический кубит на узком переходе (S–D иона, часовой переход атома) enc_opt

Кубит, разделённый между основным уровнем и метастабильным уровнем на один оптический фотон выше — квадрупольная линия S₁/₂–D₅/₂ у ⁴⁰Ca⁺ или ⁸⁸Sr⁺ либо часовая линия ¹S₀–³P₀ у нейтральных Sr/Yb, — причём все вентили возбуждает один узкополосный лазер.

Оптический кубит на узком переходе (S–D иона, часовой переход атома)

enc_opt · слой 2 Кодирование · продемонстрировано · с 2003
Открыть на карте

Кубит на оптическом переходе в метастабильный уровень: квадрупольная линия S₁/₂–D₅/₂ иона щёлочноземельного металла (⁴⁰Ca⁺ на 729 nm, ⁸⁸Sr⁺ на 674 nm) или часовая линия ¹S₀–³P₀ нейтрального атома Sr/Yb. Один узкополосный лазер делает все вентили; когерентность ограничена временем жизни верхнего уровня и фазовым шумом лазера, а не сверхтонкой структурой — классическое инсбрукское кодирование, до сих пор в продукте AQT, и кубит на часовом переходе planqc.

Обзор →

Ключевые источники

[253] I. Pogorelov et al., “Compact Ion-Trap Quantum Computing Demonstrator,” PRX Quantum, vol. … · 2021
[376] F. Schmidt-Kaler et al., “Realization of the Cirac–Zoller controlled-NOT quantum gate,” Na… · 2003
[255] L. Postler et al., “Demonstration of fault-tolerant universal quantum gate operations,” Na… · 2022
[377] V. Letchumanan, M. A. Wilson, P. Gill, and A. G. Sinclair, “Lifetime measurement of the me… · 2005
[378] M. A. Norcia et al., “Seconds-scale coherence on an optical clock transition in a tweezer … · 2019

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

D₅/₂ lifetime (⁴⁰Ca⁺), the encoding's ceiling → τ = 1.17 s (AQT demonstrator, ⁴⁰Ca⁺ |4S₁/₂,m=−1/2⟩–|3D₅/₂,m=−1/2⟩ at 729 nm)
определяет: канал ошибок · 2021-01 · источник

Носители в реестре: AQT IBEX Q1, PSNC PIAST-Q (система AQT), Инсбрук (S–D ⁴⁰Ca⁺); planqc MAQCS (кубит на часовом переходе Sr — закрывает пробел реестра G-enc-clock). У ⁴⁰Ca⁺ нет сверхтонкой структуры и нечувствительного к полю часового перехода, поэтому его T2 держится на магнитном экранировании и стабильности лазера; атомная часовая линия нечувствительна к полю, но ограничена шириной линии лазера; предложение кодирования со стираниями «omg» использует то же метастабильное многообразие.

Участники и цели — аннотации

Ионы в ловушках — линейная ловушка Пауля с индивидуальной лазерной адресацией (альтернатива) — IonQ (Aria, Forte, Tempo), AQT, Qudoor, Maryland/Duke (EURIQA), Innsbruck · G2 G3 G6 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°, Щёлочноземельный (и подобный ему) атом (Yb/Sr) — естественные стирания°
альтернативы: Сверхтонкий кубит / кубит на часовом переходе
° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Используют 7 машин (7 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 — Fig. 1: Chip-scale ultra-narrow linewidth stabilized Brillouin laser for trapped ion qubit operations.a Conventional optical qubits utilize stabiliz…
Six-panel figure on replacing meter-scale laser stabilization with chips. (a) A drawing of the standard approach: a laser locked to a bulk reference cavity (about 1,000 L) feeding an ion trap. (b) A rendered vision of one chip with lasers at 422, 461, 674, 1033 and 1092 nm, a Brillouin (SBS) laser, a coil resonator and an ion trap, beside a fluorescence image of a trapped ion. (c) Photographs of the SBS, coil-resonator and ion-trap chips next to a penny. (d)–(f) The frequency-correction loop and strontium-88 ion levels, with the qubit on the 674 nm optical transition. It is Fig. 1 of Chauhan et al., Nature Communications (2026). “Fig. 1 — Fig. 1: Chip-scale ultra-narrow linewidth stabilized Brillouin laser for trapped ion qubit operations.a Conventional optical qubits utilize stabilized lasers…” by Chauhan et al., www.nature.com/articles/s41467-026-69948-2, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 4 — Figure 4: Spin-echo characterization of the quadrupole interaction. (a) Measurement of the differential quadrupole shift between |↓⟩ and |↑⟩
A three-panel data figure: phase shifts and frequency shifts measured with Ramsey and spin-echo sequences, with a small drawing of a ring-shaped electron orbit around an atom's core. It comes from arXiv paper 2608.06988 by Thielemann, Götzelmann, Thomas, Pultinevicius, Humić, Hölzl and Meinert. It shows an optical clock qubit (an optical narrow-line qubit) carried by the ionic core of a circular Rydberg atom and how the Rydberg electron shifts it; note it is not a trapped-ion Mølmer–Sørensen gate. The qubit is driven by laser pulses marked 'opt.': its echo phase grows linearly over 120 µs, and the shift, up to about 40 kHz, follows the orientation of the ring. “Fig. 4 — Figure 4: Spin-echo characterization of the quadrupole interaction. (a) Measurement of the differential quadrupole shift between |↓⟩ and…” by Fabian Thielemann et al., arxiv.org/abs/2608.06988, CC BY SA 4.0 (creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)
Fig. 1 — Figure 1: Electronic level structure. (a) Considered energy levels of a single Sr+88-ion. The computational basis states are |0⟩ an
Three-panel drawing: a level scheme of one strontium-88 ion whose qubit states are the 5S1/2 ground level and the long-lived 4D5/2 level, with a laser exciting the upper qubit state to a Rydberg level and a microwave field mixing two Rydberg levels; three such ions in a linear Paul trap about 5 µm apart, interacting through their giant Rydberg dipoles; and the resulting dressed-state ladders. From arXiv paper 2512.16641 by Katrin Bolsmann, Markus Müller and co-authors. It illustrates an optical S–D qubit and a Rydberg-ion route to fast three-qubit gates; the microwave only dresses Rydberg states, so this is not a laser-free microwave gate. “Fig. 1 — Figure 1: Electronic level structure. (a) Considered energy levels of a single Sr+88-ion. The computational basis states are |0⟩…” by Katrin Bolsmann, Thiago L. M. Guedes, Weibin Li, Joseph W. P. Wilkinson, Igor Lesanovsky, Markus Müller, arxiv.org/abs/2512.16641, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
enc_opt · слой 2 Кодирование · центральность 4.4 · продемонстрировано · с 2003 · обновлено 2026-09-26

Оптический кубит на узком переходе (S–D иона, часовой переход атома)

Кубит, разделённый между основным уровнем и метастабильным уровнем на один оптический фотон выше — квадрупольная линия S₁/₂–D₅/₂ у ⁴⁰Ca⁺ или ⁸⁸Sr⁺ либо часовая линия ¹S₀–³P₀ у нейтральных Sr/Yb, — причём все вентили возбуждает один узкополосный лазер.

Вердикт. Подтверждён на обоих носителях — ⁴⁰Ca⁺ в поставляемых машинах AQT, кубиты на часовом переходе ⁸⁸Sr с точностью (fidelity) запутывающего вентиля 99.62(3) % в лаборатории, — но когерентность задают лазер и магнитное поле, а не атом: 90(30) ms против времени жизни D₅/₂ 1.168(7) s в демонстраторе AQT. По состоянию на 2026-09-26 planqc, единственная в реестре компания с атомным кубитом на часовом переходе, не публикует ни собственной ошибки вентиля, ни собственного времени когерентности.

Ключевые источники

T₂ = время фазовой когерентности по Рамзи; MS = вентиль Мёльмера–Соренсена; CZ = вентиль controlled-Z (управляемый Z); SPAM = подготовка состояния и измерение (state preparation and measurement); QV = квантовый объём (quantum volume); TRL = уровень технологической готовности (technology readiness level); G1–G7 = классы целей отчёта (см. «Участники и экономика»).

Сущность и происхождение

В ионной реализации |1⟩ хранится в |4S₁/₂, m = −1/2⟩, а |0⟩ — в |3D₅/₂, m = −1/2⟩ иона ⁴⁰Ca⁺; их связывает электрическая квадрупольная линия 729 nm D[253]. В 2003 году в Innsbruck выполнили CNOT Цирака–Цоллера на двух таких ионах D[376]; на этом кодировании построены и отказоустойчивый универсальный набор вентилей Innsbruck 2022 года D[255], и продукты AQT. Родственный ион — ⁸⁸Sr⁺ на 674 nm; время жизни его уровня D₅/₂ измерено на одиночном ионе в NPL D[377]. Атомная реализация использует уровни ¹S₀ и ³P₀ нейтрального стронция — линию часов на оптической решётке; в пинцетах она работает с 2019 года D[378], а ридберговское запутывание щёлочноземельных атомов показано с 2020 года D[379]. Атрибуты: естественный носитель; ни собственного характерного времени, ни подвижности, ни управления; ошибки — паулиевские плюс утечка (leakage).

Физика и пределы

Три потолка. Время жизни: τ(D₅/₂, ⁴⁰Ca⁺) = 1.168(7) s D[253], поэтому T₂ ≤ 2τ ≈ 2.3 s; распад из m = −1/2 может привести в S₁/₂, m = +1/2, за пределы кубитной пары, — это утечка G. Уровень ³P₀ у Sr живёт дольше атомной когерентности >3 s, измеренной в часах на пинцетах D[378]. Поле: у ⁴⁰Ca⁺ нет сверхтонкой структуры, а значит, нет и нечувствительной к полю линии; при g(D₅/₂) = 6/5 и g(S₁/₂) ≈ 2.002 линия кубита смещается на 0.40 μ_B B ≈ 5.6 kHz на µT, так что шум в 0.1 µT сдвигает её на 560 Hz — радиан фазы за 0.3 ms S. Способы подавления: экранирование, упреждающая компенсация сетевых помех (feed-forward), динамическая развязка, пары, свободные от декогеренции. Часовая линия J = 0 → J = 0 не имеет электронного зеемановского сдвига первого порядка G. Лазер: каждый вентиль привязан к фазе лазера, поэтому T₂ — это когерентность лазера на протяжении схемы. AQT измерила T₂ по Рамзи = 90(30) ms на оптическом кубите против 18(1) ms на зеемановском кубите основного состояния, назвав причиной магнитный шум от электросети и соседних магнитов на временах свыше 25 ms D[253], — в 26× ниже предела, заданного временем жизни S.

Достигнутый инженерный уровень

таблица
Год Показатель Кто Тег+ключ
2003-03 CNOT Цирака–Цоллера на двух S–D-кубитах ⁴⁰Ca⁺ Innsbruck D[376]
2019 Часы на пинцетах со Sr, когерентность >3 s, коэффициент заполнения (duty cycle) до 96 % JILA D[378]
2021-06 τ(D₅/₂) 1.168(7) s; T₂ 90(30) ms; точность GHZ на 24 ионах 0.544(7) AQT/Innsbruck D[253]
2022-08 Белловское состояние на кубитах на часовом переходе Sr 92.8(2.0) % с поправкой на SPAM; когерентность белловского состояния 4.2(6) s JILA D[380]
2024-10 Запутывающий вентиль на кубитах на часовом переходе ⁸⁸Sr 99.62(3) %; считывание через анциллу Caltech D[381]
2026-05 LYNX, QV 32 768; первые установки в Q4 2026 AQT C[128]

Показатели поставляемых машин: IBEX Q1, 12 кубитов, точность однокубитного вентиля 99.97(1) %, двухкубитного — 98.7(3) % по всем парам, QV 128 C[382]; MARMOT, 20 кубитов, точность двухкубитного вентиля (98.47 ± 0.3) % на 11-кубитном регистре C[383]. По точности лидируют атомы, по развёртыванию — ионы.

Производство, материалы и цепочка поставок

Изготавливаемых деталей нет; главный элемент — узкополосный лазер (729 nm для Ca⁺, 674 nm для Sr⁺, 698 nm для Sr), стабилизированный по опорному резонатору высокой резкости (finesse) G. Демонстратор AQT использует семь длин волн (375, 397, 423, 515, 729, 854, 866 nm); лазер тушения (quench) на 854 nm нужен лишь потому, что кубитный уровень метастабилен D[253]. IBEX Q1 занимает две 19-дюймовые стойки, 2 m², <2 kW, при (22.0 ± 1.5) °C C[382].

Управление, считывание и нагрузка на ввод-вывод

Один фазово-стабильный лазер на каждый сорт частиц, разделённый на индивидуально адресуемые пучки 729 nm на ионной цепочке D[255]; фазовый шум волокон и модуляторов ложится прямо на кубит S. Считывание идёт методом электронной полки (electron shelving) — D₅/₂ остаётся тёмным на циклической линии 397 nm — камерой или фотодиодом, ~99.9 % за 300 µs D[253]; атомы добавляют считывание через анциллу с неразрушающим условным сбросом D[381].

Роль в стеке

Слот 2 архитектур «Ионы в ловушках — линейная ловушка Пауля с индивидуальной лазерной адресацией» и «Ридберговский массив пинцетов — щёлочноземельные атомы (Yb/Sr), естественные стирания», рядом с enc_hf и enc_omg. Кодирование требует либо ion (квадрупольный переход S–D), либо ae_atom (¹S₀–³P₀ у Sr/Yb). Его заменяет enc_hf, чья нечувствительная к полю пара уровней основного состояния меняет возбуждение одним лазером на рамановское или микроволновое управление. Оно даёт универсальность на одном лазере и считывание методом полки, а также метастабильное многообразие, которое переиспользует схема стирания (erasure) omg S[333]; оно задаёт метрику канала τ(D₅/₂) = 1.17 s. Реестр: IBEX Q1 (Marmot / PINE / LYNX) ✅ и University of Innsbruck / IQOQI research trap ✅; PIAST-Q 🔎 (20 кубитов AQT, сорт ионов не назван — согласуется с MARMOT); MAQCS and DiNAQC 🔎. Пробел G-enc-clock закрыт: 10–100 ms из журнала пробелов — это диапазон planqc из профиля компании в прессе P[247], в 30–300× ниже опубликованных значений для массивов кубитов на часовом переходе D[380], так что эта цифра измеряет лазер, а не кодирование.

Свидетельства — как измерены числа

Значение AQT 98.7(3) % — среднее по всем парам, заявленное для продукта C[382]; второе значение в реестре, 97.7 %, остаётся несогласованным. Значение демонстратора 0.997(6) — точность белловского состояния двух ионов, а не результат рандомизированного бенчмаркинга D[253]. Значение Caltech 99.62(3) % усреднено по симметричным входным состояниям D[381]. Для LYNX опубликован QV без числа кубитов и без точности C[128]. Ни один вендор не приводит T₂ рядом с τ по состоянию на 2026-09-26.

Не опубликовано: рабочий вид атомов и переход у planqc — её страницы о технологии и о LRZ не называют ни стронций, ни часовой переход, — а также вид атомов и продукт PIAST-Q.

Участники и экономика

Кто.
Организация Роль Страна Что именно они делают с этой технологией Свидетельства
AQT разработчик Австрия IBEX Q1, MARMOT, LYNX на ⁴⁰Ca⁺ C[383]
University of Innsbruck исследования Австрия Родоначальник; отказоустойчивые вентили на ⁴⁰Ca⁺ D[255]
planqc разработчик Германия Кубиты на часовом переходе Sr; MAQCS в LRZ P[247]
JILA / группа Kaufman исследования США Белловские состояния на кубитах на часовом переходе Sr D[380]
Caltech / группа Endres исследования США Вентили на кубитах на часовом переходе ⁸⁸Sr, считывание через анциллу D[381]

Деньги.

  • 2024-07 · planqc · раунд серии A · €50 M · закрыт P[247]
  • 2026-09-09 · planqc / LRZ · MAQCS, доставлено первое оборудование · почти €20 M (BMFTR) · строится C[161]

Рынок и цепочка поставок. Точка концентрации — один сверхстабильный лазер с резонатором на каждый сорт частиц. Работает на G2, G3 и G7.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Патентный поиск не проводился; ни один стандарт не определяет, как сообщать T₂, ограниченное лазером, по состоянию на 2026-09-26.

Дорожные карты и послужной список. (AQT · первые установки LYNX · Q4 2026) C[128]; (planqc · сопроцессор MAQCS · конец 2027, TRL 5 сегодня, цель — 6–7) R[161].

Стратегическое прочтение. На ионах это кодирование — наследие AQT, и глубину схем на нём ограничивает τ; на атомах это кубит на часовом переходе с лучшими вентилями, а главный приз — лазер часового класса на процессоре.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить атомную ветвь, если planqc до 2027-12-31 опубликует T₂ кубита на часовом переходе и точность CZ на аппаратуре MAQCS; если нет — понизить её до метрологии. Подтвердить ионную ветвь, если LYNX будет поставлен в Q4 2026 с попарными показателями двухкубитных вентилей. Открытые вопросы. (1) Какая ширина линии лазера довела бы T₂ у ⁴⁰Ca⁺ до предела 2.3 s? (2) Чем заданы 10–100 ms у planqc — решёткой, лазером или полем? (3) Какая доля распадов D₅/₂ даёт утечку, а какая — переворот? (4) Перейдёт ли AQT на сорт ионов для сверхтонкого кодирования или для omg? (5) Сможет ли один часовой лазер обслуживать 10³ узлов?

Литература
  1. [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]
  2. [161] planqc, “MAQCS takes shape as first quantum computing hardware arrives at LRZ,” Sep. 9, 2026. [Online]. Available: https://planqc.eu/news/maqcs-takes-shape-as-first-quantum-computing-hardware-arrives-at-lrz [C]
  3. [247] M. Ivezic, “Planqc,” PostQuantum, May 22, 2025. [Online]. Available: https://postquantum.com/quantum-computing-companies/planqc/ [P]
  4. [253] I. Pogorelov et al., “Compact Ion-Trap Quantum Computing Demonstrator,” PRX Quantum, vol. 2, no. 2, Art. no. 020343, Jun. 2021, doi: 10.1103/PRXQuantum.2.020343. arXiv:2101.11390. [D]
  5. [255] L. Postler et al., “Demonstration of fault-tolerant universal quantum gate operations,” Nature, vol. 605, pp. 675–680, 2022, doi: 10.1038/s41586-022-04721-1. arXiv:2111.12654. [D]
  6. [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. [S]
  7. [376] F. Schmidt-Kaler et al., “Realization of the Cirac–Zoller controlled-NOT quantum gate,” Nature, vol. 422, pp. 408–411, Mar. 2003, doi: 10.1038/nature01494. [D]
  8. [377] V. Letchumanan, M. A. Wilson, P. Gill, and A. G. Sinclair, “Lifetime measurement of the metastable 4d ²D₅/₂ state in ⁸⁸Sr⁺ using a single trapped ion,” Phys. Rev. A, vol. 72, Art. no. 012509, Jul. 2005, doi: 10.1103/PhysRevA.72.012509. [D]
  9. [378] M. A. Norcia et al., “Seconds-scale coherence on an optical clock transition in a tweezer array,” Science, vol. 366, p. 93, 2019. arXiv:1904.10934. [D]
  10. [379] I. S. Madjarov et al., “High-fidelity entanglement and detection of alkaline-earth Rydberg atoms,” Nat. Phys., vol. 16, pp. 857–861, May 2020, doi: 10.1038/s41567-020-0903-z. arXiv:2001.04455. [D]
  11. [380] N. Schine, A. W. Young, W. J. Eckner, M. J. Martin, and A. M. Kaufman, “Long-lived Bell states in an array of optical clock qubits,” Nat. Phys., vol. 18, pp. 1067–1073, Aug. 2022, doi: 10.1038/s41567-022-01678-w. arXiv:2111.14653. [D]
  12. [381] R. Finkelstein et al., “Universal quantum operations and ancilla-based read-out for tweezer clocks,” Nature, vol. 634, pp. 321–327, Oct. 2024, doi: 10.1038/s41586-024-08005-8. [D]
  13. [382] Alpine Quantum Technologies, “19-inch rack-mounted quantum computer,” AQT. [Online]. Available: https://www.aqt.eu/products/ibex-q1/ [C]
  14. [383] Alpine Quantum Technologies (AQT), “Quantum computer products built for performance,” AQT. [Online]. Available: https://www.aqt.eu/products/ [C]