Вентиль Мёльмера–Соренсена / на световом сдвиге (лазерный) g_ms
Спин-зависимая сила бихроматического лазера, запутывающая ионы в ловушках через геометрическую фазу на общей колебательной моде, которую вентиль оставляет в том состоянии, в каком её застал.
Вентиль Мёльмера–Соренсена / на световом сдвиге (лазерный)
Лазерная связь спин–движение; 70 µs (Helios) — 550–880 µs (цепочки IonQ Forte); рекорд 1.6 µs.
Обзор →Ключевые источники
Пространство проектирования — атрибуты
- (a) сродство носителя
- естественный
- (b) время · запутывание
- 63 µs · детерминированное
- (c) считывание
- —
- (d) подвижность
- общая шина (колебательные моды / резонатор)
- (e) управление
- оптическое @ комнатная
- (f) структура ошибки
- когерентная / калибровочная, утечка, стохастическая паулиевская
- (g) производство
- оптическая / механическая сборка
Пространство оценки — датированные атрибуты
Рекорд 1.6 µs — Schäfer et al. (Oxford, Nature 555, 2018), а не Ballance. Данные Forte — одна цепочка из 30 ионов, промерены все 435 пар.
Стандартные рекорды
Участники и цели — аннотации
Рёбра
Используют 20 машин (20 основная · 0 альтернатива)
- ионы в ловушках 20
- IBEX Q1 (Marmot / PINE) Alpine Quantum Technologies страница продукта ▣ Fig. 16 (parity oscillations after MS gate); Fig. 17 (MS gate performance); §IV.H Molmer-Sorensen gate and entanglement generation ✅
- AQT LYNX Alpine Quantum Technologies пресса пресса ▨ 'proprietary gate developments, significantly reducing the sensitivity to laser frequency noise and laser phase noise' ✅
- Aria IonQ страница продукта ▣ Fig. 1 (AOMs modulate 355 nm Raman beams to drive XX gates); Fig. 2 (fidelity of native gates); §Results: Gate implementation and characterization ✅
- 40-ion Ba-133 qLDPC testbed (IonQ: a Tempo engineering test system) IonQ пресса пресса ▣ Fig. 1 (counter-propagating Raman gates); Figs. 4–5 (MS gate DRB); App. C ✅
- Forte / Forte Enterprise IonQ статья страница продукта пресса ▣ Fig. 1 (counter-propagating Raman beams); §2; App. C (MS gate properties) ✅
- Tempo IonQ страница продукта страница продукта блог ▦ ✅
- PIAST-Q Poznan Supercomputing and Networking Center (PCSS) ◌ 🔎
- Apollo Quantinuum блог ▥ §What is Apollo? (physical error 10⁻⁴; logical better than 10⁻⁶) ✅
- System Model H1 (H1-1) Quantinuum блог пресса ▤ §Background (hardware: stimulated-Raman 1Q/2Q gates) ✅
- System Model H2 (H2-1, H2-2) Quantinuum статья статья статья ▣ §II (native U_ZZ(θ), crystal merge); App. A1.C + Fig. A2 (2Q RB, 4 gate zones) ✅
- Helios Quantinuum статья статья статья ▣ Fig. 2d,e (4-ion crystal alignment, 2Q gate beams); Methods: Quantum operations ✅
- Helix architecture on Helios Quantinuum статья ▣ Fig. 2 (logical randomized Clifford benchmarking); Fig. 4 (logical gates); §II.B; App. A.1 ✅
- Sol Quantinuum блог ▥ §How do we get there? (2Q gate errors <2e-4, ~2x faster than Helios); §Opportunity for early value creation discovery in Helios and Sol (up to 10,000 quantum operations) ✅
- Montage (first-generation QaaS system, up to 50 qubits) Quantum Art страница продукта ▤ §VI Parallel multi-qubit logic and crosstalk mitigation; Fig. 7 (crosstalk mitigation vs optical trapping potential) ✅
- Perspective (1,000-qubit multi-core system) Quantum Art пресса ▤ §VI Parallel multi-qubit logic and crosstalk mitigation; Fig. 7 (crosstalk mitigation vs optical trapping potential) ✅
- Aba|Qu 1.0 (Tiansuan-1, 天算1号) Qudoor (Guokaike) пресса пресса ▨ 🔎
- 70-qubit ion quantum computer (FIAN / Rosatom roadmap) Lebedev Physical Institute (FIAN) and the Russian Quantum Center, Rosatom roadmap ◌ 🔎
- QSCOUT (Quantum Scientific Computing Open User Testbed) Sandia National Laboratories статья статья страница продукта ▦ ✅
- University of Innsbruck trapped-ion demonstrator (Institut für Experimentalphysik) University of Innsbruck статья статья статья ▣ Fig. 1c (entangling beams); Methods (MS interaction) ✅
- Maryland / Duke Quantum Center (EURIQA lineage) University of Maryland / Duke University статья статья ▤ Methods: Native ion-trap two-qubit gates ✅
Иллюстрации
У каждой иллюстрации — рассказ о том, что на ней, и строка авторства.



Вентиль Мёльмера–Соренсена / на световом сдвиге (лазерный)
Спин-зависимая сила бихроматического лазера, запутывающая ионы в ловушках через геометрическую фазу на общей колебательной моде, которую вентиль оставляет в том состоянии, в каком её застал.
Вердикт. По-прежнему механизм запутывания, лежащий в основе каждой развёрнутой ионной системы с лазерными вентилями, но время вентиля растёт с длиной цепочки (1.6 µs на паре, медиана 672 µs на 30 ионах), а его нижний предел задают лазерный шум и рассеяние фотонов — два члена, которые электронные вентили убирают.
Λ = коэффициент подавления ошибок на один шаг кодового расстояния; QBI = DARPA Quantum Benchmarking Initiative (Stage A — концепция → B — план НИОКР → C — государственная V&V); G1–G7 = классы целей отчёта (см. «Участники и экономика»).
Сущность и происхождение
Два лазерных тона, симметрично отстроенные относительно колебательной боковой полосы, создают спин-зависимую силу; пара ионов описывает замкнутый контур в фазовом пространстве общей колебательной моды и набирает геометрическую фазу, заданную охваченной площадью, так что спины запутываются, а движение возвращается в исходную точку. Фаза зависит от площади контура, а не от заселённости моды, поэтому горячая шина допустима — именно поэтому производственным механизмом стал он, а не схема Цирака–Цоллера. Мёльмер и Соренсен предложили его в 1999–2000 гг.; вариант на световом сдвиге (геометрическая фаза σzσz), основанный на зависящей от состояния оптической дипольной силе, имеет тот же бюджет ошибок и датирует развёрнутую линию примерно 2003 годом.
Атрибуты: естественный носитель — ион в ловушке; детерминированное запутывание за ≈10⁻⁴·² s (≈63 µs) через общую колебательную шину.
Оптическое управление из комнатной температуры; ошибки — когерентные, утечка (leakage), паулиевские; производство — оптическая сборка.
Физика и пределы
Длительность вентиля определяется отстройкой δ от адресуемой боковой полосы — один замкнутый контур занимает 2π/δ — и δ нельзя увеличивать свободно, поскольку биения должны оставаться в стороне от каждой посторонней (spectator) моды. В цепочке из N ионов аксиальный спектр уплотняется, δ уменьшается, а импульс удлиняется: 1.6 µs на паре D[441] против медианы 672 µs на одной цепочке из 30 ионов D[100] — примерно в 400× при росте числа ионов в 15×. Остаются два нижних предела. Нерезонансное рамановское рассеяние некогерентно, никакая форма импульса его не компенсирует, и оно падает лишь по мере отодвигания рамановской отстройки за тонкоструктурное расщепление. Остальное дают лазерный шум и нагрев движения: пертурбативная модель 2026 года взвешивает спектральную плотность шума зависящей от положения функцией чувствительности и обнаруживает, что удалённые пары на ~25 kHz примерно в 10× чувствительнее соседних, тогда как шум на ~1 kHz стоит потери точности (fidelity) процентного уровня независимо от положения S[442]. Остаток когерентен и похож на утечку (leakage), а не на деполяризацию, поэтому усреднённые бенчмарки занижают то, что видит код.
Достигнутый инженерный уровень
Лучшая демонстрация: 99.8% за 1.6 µs на паре ⁴³Ca⁺, причём запутывание возникает уже за 480 ns — меньше одного периода колебаний движения (Oxford, 2018) D[441]; это по-прежнему самый быстрый опубликованный лазерный вентиль. В масштабе Helios фиксирует ошибку 7.9×10⁻⁴ за ≈70 µs на 98 ионах Ba⁺ в восьми зонах D[97]; одна 30-ионная цепочка IonQ, протестированная по всем 435 парам, даёт 550–883 µs при медиане 672 µs D[100].
таблица
| Год | Показатель | Кто | Тег+ключ |
|---|---|---|---|
| 2018 | 99.8% за 1.6 µs; запутывание за 480 ns | Oxford (Schäfer и др.) | D[441] |
| 2023-08 | 550–883 µs, медиана 672 µs, цепочка из 30 ионов | IonQ Forte | D[100] |
| 2025-11 | ошибка 7.9×10⁻⁴ за ≈70 µs, 98 ионов | Quantinuum Helios | D[97] |
| 2026-05 | квантовый объём 32 768, вентиль не раскрыт | Alpine Quantum Technologies | C[128] |
Производство, материалы и цепочка поставок
В саму ловушку здесь ничего не изготавливается: вентиль обеспечивают стабилизированные лазеры, акусто- и электрооптические модуляторы и лучевая оптика, вынесенные в отдельный узел. Helios требует не менее семи длин волн против 1 228 электродов ловушки D[97] — оптическая половина даёт бо́льшую спецификацию материалов. Ловушки, напротив, — товарная продукция (Infineon, Villach); для Quantinuum их делает собственными силами Honeywell C[320]. Экспортная уязвимость возникает на уровне системы: правило BIS от 2024-09-06 ввело ECCN 4A906 для квантовых компьютеров выше порогов по числу кубитов и уровню ошибок, но ни один ECCN не называет ионные ловушки или лучевую оптику G[301].
Управление, считывание и нагрузка на ввод-вывод
Два глобальных тона не масштабируются с числом ионов; индивидуальная адресация масштабируется — примерно по одному каналу модулятора и одному лучевому тракту на ион. Импульс — дешёвая часть цикла: полноширинный слой Helios занимает ≈55 ms, если учесть сортировку, транспорт и повторное охлаждение, — на три порядка больше вентиля в 70 µs; один только транспорт давал ~60% времени выполнения на H2 D[97]. При 10³ ионах мощность и перекрёстные помехи разменивают качество адресации на число зон; при 10⁴–10⁶ рост времени вентиля с длиной цепочки заставляет любую конструкцию с единственной шиной менять пропускную способность на связность — поэтому каждая дорожная карта дробит ловушку.
Роль в стеке
Механизм запутывания двух ионных архитектур — QCCD (Quantinuum) и линейной ловушки Пауля с индивидуальной лазерной адресацией (Aria, Forte и Tempo от IonQ, Alpine Quantum Technologies, Qudoor, Quantum Art) — и исторический механизм для линий, переходящих на электронное управление (IonQ с Oxford Ionics, eleQtron). Требует носителя в виде иона в ловушке и лазерной подсистемы, доставляющей фазово-стабильные бихроматические пучки к выбранной паре, и предоставляет слой запутывания, который предполагают зонированные архитектуры. Его замена — ближнепольный электронный вентиль с 8.4×10⁻⁵ D[102]; переход списывает оптический стек, но убирает рассеяние фотонов и лазерный шум. Он конфликтует с любой конструкцией с единственной шиной. Производный такт на архитектуре QCCD = сумма раунда синдрома: слои вентилей + транспорт + считывание + сброс ≈ 9.7 ms, из них 9.0 ms — транспорт, против измеренного слоя полной ширины ~55 ms D[97]. Соседних пустых слотов не отмечено.
Свидетельства — как измерены числа
Ключевые цифры — усреднения бенчмаркинга по зоне или цепочке; ни один поставщик не публикует ошибку с разрешением по парам в зависимости от положения в цепочке, а разрыв ~10× между соседними и удалёнными парами остаётся теорией S[442]. Заявления о квантовом объёме требуют такой же осторожности: 32 768 у AQT — это 2¹⁵ против 2²⁵, опубликованных для 56-кубитной H2 у Quantinuum C[98], — рекорд внутри класса стоечных систем, а не на переднем крае. Ни 7.9×10⁻⁴, ни 8.4×10⁻⁵ не имеют независимого воспроизведения по состоянию на 2026-09-04.
Рандомизированный бенчмаркинг по нативному набору вентилей, построенному из двух вентилей Мёльмера–Соренсена, MS(π/2, 0) и MS(π/2, π/4) (группа из 192 элементов), не свободен от кратностей: три неприводимых представления входят по два или три раза и дают матричнозначные, а не одноэкспоненциальные спады, поэтому точность, устойчивая к ошибкам приготовления и измерения (SPAM), требует бенчмаркинга относительно большей «поднимающей» (lifting) группы, здесь SU(4) P[895]. Демонстрация численная; цифру бенчмаркинга нативных вентилей MS следует читать с указанием протокола.
Результат запутывания за 480 ns в [441] приведён в аннотации без точности; полной фигурой качества остаётся только пара 1.6 µs / 99.8%. Не опубликовано: время вентиля и точность LYNX у AQT, стоящие за квантовым объёмом 32 768, так что заявление о сниженной чувствительности к шуму не с чем сверить по физическому числу.
Участники и экономика
Кто.
| Организация | Роль | Страна | Что именно делает с технологией | Свидетельство |
|---|---|---|---|---|
| Quantinuum | разработчик | США–Великобритания | Helios: 98 ионов, восемь зон | D[97] |
| IonQ | разработчик | США | 30-ионная цепочка Forte, 550–883 µs | D[100] |
| Oxford Ionics (IonQ) | разработчик | Великобритания | Безлазерный электронный вентиль — замена | D[102] |
| Alpine Quantum Technologies | разработчик | Австрия | Стоечный LYNX, вариант со сниженной чувствительностью к шуму | C[128] |
| Leibniz Supercomputing Centre | пользователь | Германия | 20-кубитная система AQT, единственная публичная цена | C[323] |
| DARPA | финансирующая сторона | США | QBI Stage B финансирует обе крупные дорожные карты | факт |
Деньги.
- 2023-12-05 · Alpine Quantum Technologies · продажа Leibniz Supercomputing Centre · ≈EUR 9.8 M, 20 кубитов · закрыто C[323]
- 2025-09-04 · Quantinuum · долевое финансирование · USD 600 M при оценке USD 10 B pre-money · NVentures, Quanta, QED · закрыто C[122]
- 2025-09-17 · IonQ · M&A, Oxford Ionics · USD 1.075 B · закрыто C[18]
- 2026-06-03 · Quantinuum · IPO · USD 1.68 B брутто, Nasdaq QNT · закрыто C[123]
Рынок и цепочка поставок. Оптика интегрирована собственными силами в Quantinuum и IonQ, поэтому ценовой властью не обладает ни один внешний поставщик; единственное товарное «бутылочное горлышко» ионного стека — изготовление ловушек, которое этот вентиль не задействует. Q-CTRL продаёт инструментарий оптимизации импульсов C[443]. Удельная экономика: EUR 9.8 M за готовую 20-кубитную стойку ≈ EUR 0.5 M на кубит C[323] — единственная публично цитируемая цена ионной системы по состоянию на 2026-09-04. Выручка за Q2-2026: USD 8.0 M у Quantinuum, USD 80.1 M у IonQ C[123], [326]. За это платят G2 и G3; слой в ≈55 ms уводит G4 в другое место.
Интеллектуальная собственность и стандарты. Патентный ландшафт PatSnap за 2026 год перечисляет 9+ семейств IonQ, поданных в JP/EP/IL в 2025–2026 гг., включая «universal gate pulse for two-qubit gates» (JP, 2025), и две находящиеся на рассмотрении заявки Quantum Art (IL, KR) на реконфигурацию ионных массивов P[375] — перекрёстно не проверено. Ни один орган по стандартизации этот вентиль не покрывает.
Дорожные карты и послужной список. Quantinuum (обещано 2024-09-10 · Helios 2025, Sol 2027, Apollo 2029 · Helios в срок 2025-11-05) R[118] — единственное выполненное датированное обещание здесь. IonQ (обещано 2025-06-13 · 256 кубитов с точностью 99.99% в 2026 г. · сдвинуто на H1 2027); его дорожная карта 2020 года промахнулась по 4 000 кубитов к 2026 году в ~40× R[132] — даты носят ориентировочный характер. AQT (обещано 2026-05-05 · блоки LYNX в Q4 2026 · без оценки) C[128].
Стратегическое прочтение. Если лазерные вентили удержатся, выигрывают вертикально интегрированные оптические команды и ионный компьютер никто не покупает по частям. Если побеждают электронные вентили, IonQ вместе с Oxford Ionics забирает кривую издержек, а AQT и Quantum Art теряют своё оптическое отличие. Риск распределён асимметрично: Quantinuum, торгуемый на бирже с июня 2026 г., — крупнейший действующий игрок на лазерных вентилях, причём Sol и Apollo по-прежнему лазерные; безлазерный вентиль на продуктовом масштабе — его главный технический риск.
Перспективы и открытые вопросы
Фальсифицируемо в течение 12–24 месяцев: подтвердить/понизить, что Sol выйдет в 2027 г. с лазерными вентилями; что какой-либо поставщик опубликует ошибку с разрешением по парам в зависимости от положения в цепочке; что AQT раскроет время вентиля и точность LYNX при выпуске в Q4-2026. В лучшем случае к 2029 г.: инженерия импульсов и дробление на зоны удерживают лазерные вентили на ≈10⁻⁴, а тактом остаётся транспорт. В худшем случае: электронные вентили первыми достигают продуктового масштаба, и этот механизм становится наследием. Открыто: обобщается ли вариант AQT за пределы схем для квантового объёма; может ли ограниченная рассеянием ошибка уйти ниже 10⁻⁴ при пригодной мощности; что упрётся первым при 10⁴ ионах — мощность или транспорт.
Литература
- [18] IonQ, “IonQ Completes Acquisition of Oxford Ionics, Rapidly Accelerating Its Quantum Computing Roadmap,” Sep. 17, 2025. [Online]. Available: https://www.ionq.com/
news/ [C]ionq-completes-acquisition-of-oxford-ionics-rapidly-accelerating-its-quantum - [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]
- [98] Quantinuum, “Quantum Volume.” [Online]. Available: https://www.quantinuum.com/
glossary-item/ [C]quantum-volume - [100] J.-S. Chen et al., “Benchmarking a trapped-ion quantum computer with 30 qubits,” Quantum, vol. 8, Art. no. 1516, Nov. 2024, doi: 10.22331/q-2024-11-07-1516. arXiv:2308.05071. [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]
- [118] Quantinuum, “Quantinuum Unveils Accelerated Roadmap to Achieve Universal, Fully Fault-Tolerant Quantum Computing by 2030,” Sep. 10, 2024. [Online]. Available: https://www.quantinuum.com/
press-releases/ [R]quantinuum-unveils-accelerated-roadmap-to-achieve-universal-fault-tolerant-quantum-computing-by-2030 - [122] Honeywell, “Honeywell Announces $600 Million Capital Raise for Quantinuum at $10B Pre-Money Equity Valuation to Advance Quantum Computing at Scale,” Sep. 4, 2025. [Online]. Available: https://www.honeywell.com/
us/ [C]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 - [123] Quantinuum, “Quantinuum Announces Pricing of Upsized Initial Public Offering,” Jun. 3, 2026. [Online]. Available: https://www.quantinuum.com/
press-releases/ [C]quantinuum-announces-pricing-of-upsized-initial-public-offering - [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] - [132] IonQ, “IonQ's Accelerated Roadmap: Turning Quantum Ambition into Reality,” Jun. 13, 2025. [Online]. Available: https://www.ionq.com/
blog/ [R]ionqs-accelerated-roadmap-turning-quantum-ambition-into-reality - [301] US Department of Commerce, Bureau of Industry and Security, “Commerce Control List Additions and Revisions; Implementation of Controls on Advanced Technologies Consistent With Controls Implemented by International Partners,” Federal Register, vol. 89, p. 72926, Sep. 6, 2024. [Online]. Available: https://www.federalregister.gov/
documents/ [G]2024/ 09/ 06/ 2024-19633/ commerce-control-list-additions-and-revisions-implementation-of-controls-on-advanced-technologies - [320] Infineon Technologies AG, “Trapped ion quantum computing.” [Online]. Available: https://www.infineon.com/
promo/ [C]trapped-ions - [323] AQT, “AQT lands million euro contract,” Dec. 5, 2023. [Online]. Available: https://www.aqt.eu/
aqt-lands-million-euro-contract/ [C] - [326] IonQ, “IonQ Announces Record Second Quarter 2026 Revenues, Growing 287% YoY,” Aug. 5, 2026. [Online]. Available: https://www.ionq.com/
news/ [C]ionq-announces-record-second-quarter-2026-revenues-growing-287-yoy - [375] PatSnap, “Trapped Ion Quantum Computing: Technology Landscape 2026,” Apr. 23, 2026. [Online]. Available: https://www.patsnap.com/
resources/ [P]blog/ rd-blog/ trapped-ion-quantum-computing-2026-patsnap-eureka/ - [441] V. M. Schäfer et al., “Fast quantum logic gates with trapped-ion qubits,” Nature, vol. 555, no. 7694, pp. 75–78, Feb. 2018, doi: 10.1038/nature25737. arXiv:1709.06952. [D]
- [442] D. V. Donchenko, E. A. Anikin, O. Lakhmanskaya, and K. Lakhmanskiy, “Mølmer-Sørensen gates in trapped-ions chains in the presence of correlated noise,” arXiv:2606.23951, Jun. 2026. [S]
- [443] Q-CTRL, “Learn to optimize Mølmer–Sørensen gates for trapped ions.” [Online]. Available: https://docs.q-ctrl.com/
boulder-opal/ [C]toolkit/ apply/ trapped-ion-quantum-computing/ learn-to-optimize-molmer-sorensen-gates-for-trapped-ions - [895] Y. Fan and J. P. Marceaux, “Lifting multiplicity in randomized benchmarking,” arXiv:2610.03586, Oct. 2026. [P]