CZ через ридберговскую блокаду g_ryd

Два атома на расстоянии ~2 µm друг от друга в оптических пинцетах возбуждаются на переходе «кубит — ридберговское состояние» одним лучом, накрывающим оба. Поскольку дважды возбуждённая пара отталкивается за счёт ван-дер-ваальсова сдвига V=C₆/R⁶, много большего, чем накачка, двойное возбуждение выводится из резонанса, и пара приобретает фазу, определяемую тем, сколько атомов стартовало в связанном состоянии, — то есть вентиль управляемой фазы. Jaksch, Cirac, Zoller, Rolston, Côté и Lukin предложили это в 2000 г. D[427]; блокаду между двумя атомами наблюдали в 2009 г. (точность (fidelity) ~58%) P[140], а первые вентили и CNOT — в 2010 г. Levine с соавторами заменили трёхимпульсную адресуемую последовательность двухимпульсным глобальным времяоптимальным CZ в 2019 г. (97.4%) D[428] — именно эту форму до сих пор используют все ведущие группы, и именно поэтому вентилю не нужна отдельная управляющая линия на каждый кубит.

Атрибуты (граф технологий). a — сродство к носителю: полностью естественный; вентиль не добавляет к кубиту никаких искусственных структур. b — характерное время: 10^-6.6 s ≈ 250 ns, детерминированное, а не с оповещением (heralded). c — считывание: здесь не задаётся; наследуется от узлов атома и регистрации флуоресценции. d — подвижность: связность обеспечивается физическим переносом атомов между зонами вентилей, а не фиксированными элементами связи. e — управление @ размещение: оптическое, целиком генерируемое при комнатной температуре. f — структура ошибки, как её видит код: потеря атома, утечка (leakage) из кубитного пространства, когерентный пере- или недоповорот. g — производство: оптика, а не литография.

Всё определяют три масштаба. Накачка Ω (Harvard: пик 2π×17 MHz, двухфотонная схема 420 + 1015 nm при промежуточной отстройке 7.8 GHz, Rb 53S_1/2) фиксирует длительность вентиля на 270 ns D[134]D[4]; сдвиг блокады должен удовлетворять V≫ℏΩ, а остаточное двойное возбуждение стоит примерно (Ω/V)². Время жизни ридберговского состояния (десятки µs при n≈53, ограничено чернотельным излучением) стоит времени пребывания в ридберговском состоянии, делённого на него. Увеличение Ω уменьшает распад и увеличивает утечку, поэтому оптимум пологий: обзор 2026 года суммирует спонтанное ридберговское излучение (0.05–0.1%), фазовый шум лазера (0.1–0.2%) и тепловое движение (~0.1%) и заключает, что стандартный CZ на блокаде имеет «физический предел 99.9%» в отсутствие новых механизмов вроде вентилей на фёрстеровском резонансе P[140].

Измеренный бюджет совпадает по форме, но не по главному виновнику. В апрельском результате Harvard 2026 года наибольший единичный член — это потеря атома, 0.087(5)% на вентиль, около 60% полной ошибки, при утечке на другие сверхтонкие уровни 0.008(1)% на атом на вентиль; остаток авторы относят на когерентность «основное — ридберговское состояние» (T₂^), рассеяние на промежуточном состоянии и нежелательную связь с близлежащим ридберговским уровнем и прогнозируют 99.9–99.95% за счёт лучшего T₂^, подавления этой связи и большей мощности лазера D[134]. Это делает вентиль структурно интересным: его доминирующий отказ детектируем — атома просто нет на изображении, — поэтому он превращается в стирание (erasure), а не в неизвестно где расположенную ошибку Паули. Постселекция по потерям поднимает те же данные с 99.854(4)% до 99.941(3)% D[134], а в архитектуре на 448 атомов >80% событий утечки — это потери атомов, используемые при декодировании как информация «суперпроверки» (supercheck) D[4]факт.

Что сдвигает нижний предел: однофотонное УФ-возбуждение, в котором нет промежуточного состояния для рассеяния, — путь Yb и Sr D[135]D[136]; спектрально чистые лазеры против фазового шума серво-выброса на частоте Ω; охлаждение до основного состояния против доплеровского уширения и разброса положения; и новая физика вентилей (фёрстеровский резонанс, модулированная нерезонансная накачка, циркулярные ридберговские состояния) P[140]. По состоянию на 3 сентября 2026 г. ни один из этих подходов не продемонстрирован выше 99.9% без отбора.

Вся суть — в разрыве между лучшим и типичным: рекорд получен примерно на 8 разреженно расположенных площадках вентилей при 20–30 Hz D[134], поставляемая цифра — 99.2% глобально на 260 кубитах C[137], крупнейший массив под отказоустойчивым управлением — 448 атомов D[4], а массивы на 6 100 и 11 000 атомов существуют, но без вентилей такой точности D[138]D[145].

Пластины здесь нет; производственная поверхность — это тракт лазеров и управления лучом. Двухфотонное возбуждение щелочных атомов требует источника 1013–1015 nm с волоконным усилением на десятки ватт плюс луча 420 nm с удвоением частоты; для Yb/Sr нужен один УФ-источник на ~300–320 nm; всем требуется подавление фазового шума вблизи частоты Раби, а также акустооптические дефлекторы (АОД) и пространственные модуляторы света (SLM) для размещения. Выход годных и однородность превращаются здесь в однородность интенсивности и фазы по массиву; десятичасовой прогон Harvard дрейфовал главным образом из-за мощности и наведения ридберговского лазера D[134]. Пул поставщиков узкополосных мощных лазеров, УФ-источников, АОД и SLM невелик — обычно называют TOPTICA, M Squared, Coherent, AA Opto-Electronic, Gooch & Housego, Hamamatsu, Meadowlark, — но ни одного датированного раскрытия закупки, связывающего конкретную установку с поставщиком, нет (см. «Открытые пункты верификации»). Экспортный контроль идёт через квантовые ограничения US BIS от сентября 2024 г. (ECCN 3A901 и смежные) и позиции по лазерам категории 6; какая из них применима к усилителю 10 W на 1013 nm, ни в одном найденном публичном разъяснении не определено.

Вентиль глобален: одна пара лучей запутывает сразу все блокированные пары, поэтому число управляющих линий на кубит масштабируется как O(1), а не O(N). Цена — оптическая мощность (удержание 2π×17 MHz на N атомах требует мощности, линейно растущей с N) и управление лучом: акустооптический дефлектор различает столько позиций, сколько даёт произведение его ВЧ-полосы на время пробега звука через пучок, и это же время ограничивает скорость перенаведения, а жидкокристаллические модуляторы сменяют кадр лишь с частотой в десятки герц. На 10³ ничто не ломается; на 10⁴ связывают мощность и наведение; на 10⁶ требуются многоядерные оптические межсоединения, которые не продемонстрированы. Собственная латентность управления вентилем субмикросекундная, но сам вентиль находится внутри раунда, в котором доминирует транспорт между слоями вентилей ~0.8 ms при регистрации флуоресценции ~0.5 ms, что даёт измеренные раунды QEC длительностью ~1–4.5 ms D[4]S[31]; компенсирующая теория — трансверсальные вентили с коррелированным декодированием, удерживающие постоянное число раундов синдрома на один логический вентиль S[152].

Вентиль обслуживает обе архитектуры ридберговских массивов пинцетов — щелочную (Rb/Cs: Harvard/MIT, QuEra, Pasqal, Infleqtion, Google) и щёлочноземельную (Yb/Sr: Atom Computing/Microsoft, Princeton, Caltech). Ему требуются атом в оптическом пинцете плюс тракт лазеров и дефлекторов, а даёт он тот запутывающий канал, который потребляет любой код на атомах; замены внутри платформы при сопоставимой точности у него нет, так что цена переключения — это сама платформа. Естественный, а не искусственный носитель получает детерминированный субмикросекундный запутывающий элемент там, где ионы в ловушках платят 10–100 µs, — отсюда и то, что проблема такта у этой платформы живёт в регистрации флуоресценции и транспорте, а не в вентиле. Производный такт = сумма раунда синдрома (вентили 1×10⁻⁶ s, транспорт 8×10⁻⁴ s, однокубитные вентили 1×10⁻⁵ s, считывание 5×10⁻⁴ s) ≈ 1.3 ms на обеих архитектурах массивов пинцетов, и на вентиль приходится 0.08% этого. Соседние пустые слоты: неразрушающее считывание массива быстрее 100 µs и вентиль на блокаде, доминирующая ошибка которого не является потерей атома.

Рекорд 2026 года получен эхо-рандомизированным бенчмаркингом и симметричным стабилизаторным бенчмаркингом примерно на 8 разреженных площадках вентилей D[134]; Atom Computing использовала клиффордовский бенчмаркинг и RB в симметричном подпространстве с более чем 200 вентилями CZ на схему D[135]; Caltech построила теорию отклика точности и приводит 0.9971(5) с поправкой вниз на утечку D[136]. Чего эти протоколы не видят: постселекция по потерям убирает 60% ошибки, поэтому 99.941% — это не схемный показатель и его нельзя ставить против сырой сверхпроводниковой цифры; бенчмаркинг на разреженных площадках упускает перекрёстные помехи плотного массива и ошибку блокады со вторыми соседями; и ни один из них не измеряет вентиль внутри цикла транспорта и регистрации флуоресценции, где работают перезахват и нагрев. Противоречие: обзор от августа 2026 г. приводит в таблице CZ от USTC 2025 года с точностью 99.84% P[140], который не подтверждается ни одним первичным источником, поэтому настоящая справка использует 99.854(4)% от Harvard D[134]. Отметим также три разные конвенции за тремя ключевыми цифрами: у Atom Computing 99.72/99.40 — это с постселекцией и без отбора D[135], у Caltech — с поправкой на утечку D[136], у Harvard — без отбора плюс с постселекцией D[134].

Длительность вентиля 270 ns — значение из [4]; статья-рекорд за апрель 2026 г. даёт пиковую частоту Раби 2π×17 MHz, но длительности вентиля в ней не извлечь, поэтому обе величины отнесены к одной схеме. Не опубликовано: поставщик лазеров, АОД или SLM для какой-либо конкретной машины на нейтральных атомах в датированном раскрытии закупок — имена вендоров в разделе о производстве представляют обычный пул отрасли; решение экспортного контроля по мощным подсистемам ридберговских лазеров на 1013 nm (квантовые ECCN US BIS против позиций по лазерам категории 6); и дата доступности, площадка развёртывания и цена QuEra Gemini.

Деньги.

• 2025-07-17 · QuNorth · заказ (Magne, у Atom Computing/Microsoft) · €80 M · EIFO + Novo Nordisk Foundation · заказано Cфакт
• 2025-09-09 · QuEra · раунд финансирования · $230 M+ · Google, SoftBank Vision Fund 2, NVentures · закрыт Cфакт
• 2025-11-06 · Atom Computing, QuEra · DARPA QBI Stage B · до $15 M каждой · DARPA · отобраны факт
• 2026-02-17 · Infleqtion · IPO (NYSE: INFQ) · >$550 M брутто · SPAC · закрыт Cфакт
• 2026-03-24 · Google · программа аппаратуры на нейтральных атомах · сумма не раскрыта · внутренняя · объявлено Cфакт
• 2026-05-21 · Atom Computing, Infleqtion · письма о намерениях CHIPS · по $100 M каждой из $2.013 B на девять компаний · US Dept of Commerce · LOI, необязывающее факт
• 2026-06-16 · Atom Computing · раунд серии C плюс LOI · $100 M в капитал, накопленно >$300 M · Third Point · закрыт + LOI Cфакт
• 2026-08-28 · Pasqal · завершение SPAC (Nasdaq: PSQL) · ~$360 M денежными средствами; выручка 2025 г. €16.5 M · закрыто Pфакт

Рынок и цепочка поставок. Продаются системы, а не вентили: Magne оценивается в €80 M за 1 225 физических / 50 логических кубитов, то есть примерно €65 k за физический кубит Cфакт; Gemini упаковывает 260 физических кубитов с темпом 1 выстрел в секунду C[137]. Пул обеспечивающего оборудования — мощные усилители на 1013 nm, УФ-источники, АОД, SLM — достаточно узок, чтобы срок поставки одного вендора мог сдержать сборку машины, хотя он и разделяется с атомными часами и сенсорикой на холодных атомах. Сегодня за атомные массивы платят G1 (аналоговое моделирование) и G5 (оптимизация); обсуждаемая же здесь точность вентиля покупается почти исключительно ради G3 (ранняя отказоустойчивость) и — через Magne и Libra — ради G4. У G6 (сетевые задачи) нет продемонстрированной фотонной связи «атом — атом» на этом масштабе.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Датированного счёта патентных семейств из поименованной базы данных по ИС на ридберговские вентили найти не удалось, поэтому он и не утверждается. Открытые стеки: Bloqade у QuEra, Pulser у Pasqal, Superstaq у Infleqtion, причём AWS Braket назван каналом поставки системы QuEra 2028 года Cфакт; по состоянию на 3 сентября 2026 г. ни стандарта уровня вентиля, ни консорциума, специфичного для ридберговского CZ, не существует.

Дорожные карты и послужной список. QuEra (обещано 2024-01 · 100 логических кубитов в 2026 г. · не поставлено; заменено в 2026-06 на Libra, >256 логических в 2028 г. — сдвиг на два года) Cфакт. Atom Computing/Microsoft (обещано 2025-07 · Magne, 50 логических, на рубеже 2026/27 гг. · по состоянию на 3 сентября 2026 г. идёт установка) Cфакт. Pasqal (обещано 2024-03 · 10 000 физических в 2026 г. · сдвинуто на 2028 г.; 100 логических в 2029 г.) Cфакт. Infleqtion (обещано 2025 · 30 логических в 2026 г. · на 3 сентября 2026 г. не верифицировано) C[150]. Суждение: аппаратные заявления Harvard/MIT пережили воспроизведение и наиболее достоверны; у Atom Computing есть заказчик, цена и дата поставки — самое сильное коммерческое обязательство здесь; QuEra и Pasqal сдвинули каждая по ключевой цифре на два года, так что их даты 2028–29 гг. читаются как намерения.

Стратегическое прочтение. Если точность без отбора перевалит за 99.9%, а потери останутся преобразуемыми в стирания, нейтральные атомы дойдут до отказоустойчивости без проблемы разводки: выиграют вендоры платформ и поставщики лазеров, а аргумент сверхпроводникового лагеря, что масштабируется только криогенная интеграция, будет проигран. Если же всё застрянет на 99.85%, миллисекундный цикл оставит атомы платформой аналогового моделирования и оптимизации, а отказоустойчивость заберут ионы и сверхпроводники. Угрозы замещения внутри платформы нет — этот вентиль использует каждая компания на нейтральных атомах, — из-за чего потолок становится отраслевым риском, а не риском отдельной компании, и даёт этим поставщикам лазеров больше переговорной силы, чем следует из их выручки.

Вехи подтверждения/понижения на 12–24 месяца: (1) сырой CZ ≥99.9% в плотном массиве к 2027-09 подтверждает, что потолок из обзора был инженерным, а не физическим; провал понижает вентиль до насыщенного; (2) приёмка Magne в QuNorth с 50 логическими кубитами к середине 2027 г.; (3) прогон памяти ниже порога на >50 раундов с непрерывной дозагрузкой, показывающий Λ>2 — 90-раундовый прогон торического кода Atom/Microsoft потерял подавление, как только дозагрузка была учтена D[148]; (4) точность CZ, измеренная внутри цикла QEC с транспортом и регистрацией флуоресценции. В лучшем случае к 2029 г.: 99.95% без отбора, потери, преобразованные в стирания, машины класса Libra на 256 логических кубитов в облачном канале. В худшем случае: 99.85% без отбора сохраняется, миллисекундный цикл остаётся, атомы удерживают G1/G5 и уступают G3/G4.

Открытые вопросы. Масштабируется ли канал потерь с плотностью массива и транспортом — или 0.087% на вентиль есть предел, задаваемый глубиной ловушки? Способно ли однофотонное УФ-возбуждение вернуть членам фазового шума и рассеяния приемлемые значения без новых потерь, индуцированных УФ? Реальна ли физика фёрстеровского резонанса или модулированной накачки выше 99.9%? Переживает ли преобразование в стирания переход на схемный уровень, где декодер должен локализовать потери в пределах бюджета 1 ms? Следить за рекордом без постселекции и за тем, опубликует ли атомное направление Google вентиль до 2027 г.