ספיני תורמים בצורן בסרגל המפה: ספיני תורמים

הארכיטקטורה בדוח (§8.3)

8.3.14 ספיני תורמים — ספיני תורמים בצורן (spin_donor)

הרעיון. ספין של אטום תורם (P ב-²⁸Si) (donor), הנכתב אטום אחר אטום בליתוגרפיית מימן ב-STM (fab_stm): גרעין ה-³¹P הוא קיוביט הנתונים, והאלקטרון הקשור משמש לו להנעה, כמצמד וכגשש קריאה. העובדה המנוצלת: לגרעין אין דרגת חופש מסלולית, ולכן אין לו צימוד מסדר ראשון לרעש המטען שמגביל את נקודות מפעל הייצור ל-99.04–99.56% [D][189]; כל שער עדיין עובר דרך האלקטרון, שיש לו דרגת חופש כזו. ההימור (טבלה 8.3): הקוהרנטיות הארוכה ביותר במוצק שווה תהליך כתיבה בלי מפעל ייצור.

מה היא צריכה. תשע מעשר השכבות מאוכלסות, טכנולוגיה ראשית אחת בכל אחת, וחלופות בשכבות 3 ו-5. האטום התורם דורש מיקום ב-STM, משום שהחילוף בין אלקטרונים של אטומים תורמים יורד באופן מעריכי עם המרחק ביניהם, ולכן אטום תורם שסטה בכמה ננומטרים משאיר אוגר מת [G]. החילוף דורש פולסי שער בפס בסיס; הקריאה דורשת חיישן מטען לצד האלקטרון; קוד המשטח דורש סריג דו-ממדי, ששני אוגרים של ארבעה וחמישה גרעינים [D][192] אינם יוצרים. שתי קשתות חלופות, נקודה מול אטום תורם ומפעל ייצור מול STM, מפרידות אותה מארכיטקטורת הנקודות הקוונטיות; כל שאר הטכנולוגיות משותפות. שכבה 9 ריקה: פיצול האותות של ארכיטקטורת הנקודות דורש פיסת נתב CMOS ובקרת CMOS קריוגני, ושניהם אינם קיימים כאן, ולכן מערך גדול יהיה הכלאה עם ארכיטקטורת הנקודות.

היכן היא עומדת. מכונה אחת, התקן אחד: 11-qubit donor processor (Silicon Quantum Computing), הודגם: תשעה קיוביטים גרעיניים של ³¹P בשני אוגרים, עם שני קיוביטי עזר אלקטרוניים; CROT אלקטרוני ב-99.64% בתוך 1.25 µs, 3.6×10⁻³, הטוב ביותר במשפחה בין ההתקנים (§8.4, H2); שערי קיוביט יחיד עד 99.99%; מצבי GHZ על פני שמונה גרעינים [D][192]. הד האן גרעיני מגיע ל-660 ms [P][275]. אין קוד רץ; הקריאה, דרך האלקטרון, אינה הורסת; הבקרה נמצאת בטמפרטורת החדר. שישה מתוך עשרה תאים מתועדים. SQC מחזיקה מקום בשלב B של QBI [65], [66]; מפת הדרכים שלה אינה מתארכת אף אבן דרך ביניים. סימון: אין מסלול למפעל ייצור.

חריגים והשאלות. מכונה אחת אינה יכולה לבחון את שרטוט הארכיטקטורה; SQC, שאינה מתאימה טוב יותר לשום ארכיטקטורה אחרת, מתקנת את שכבה 4. בתוך אוגר הגרעינים מצומדים כל-לכל דרך האלקטרון המשותף — כוכב ולא סריג; שכנות קרובה מתקיימת רק בין אוגרים (שכבה 4 צרה מדי). השערים הגרעיניים הם סיבובים המותנים בצימוד העל-דק, המונעים ב-ESR וב-NMR, לא בחילוף, המשמש רק ל-CROT האלקטרוני; בקרה בפס בסיס אינה כוללת את ההנעה התהודתית הזו, והארכיטקטורה נושאת אותה כחלופות — שערי הספין במיקרוגל / אופטיים (g_mwspin) בשכבה 3 ואלקטרוניקה בטמפרטורת החדר (ct_rt) בשכבה 5 — ואילו התאים של SQC רושמים רק חילוף ובקרה בפס בסיס. תא הפיצול רושם את המשבצת החסרה, לא רכיב (פער נתונים: none). השותפות עם SkyWater בתא הייצור אינה מסלול למפעל ייצור: התפקיד המוצהר של SkyWater הוא מהודים מוליכי-על וזיווד [C][276], והיא שייכת ל-IonQ מאז 31 ביולי 2026 [C][19]. אף ארכיטקטורה אחרת אינה משתמשת באטום תורם או ב-STM; קידוד בספין יחיד ובקרה בפס בסיס חוזרים במכונות של מרכזי צבע וב-Majorana 1 (ו-Majorana 2).

המבחן הבא. עד מרץ 2028 (§5.2 אינו מציין אבן דרך לאטומים תורמים): התקן תורמים של יותר מאחד-עשר קיוביטים, או התפלגות של שיעור המיקום התקין ביצירת התבניות האוטומטית של SQC — משעות לדקות להתקן של 70 נקודות, ומאות אלפי נקודות שנוצרו [C][277] — מאשרים ששלב הכתיבה מתרחב; אחד-עשר קיוביטים וללא נתון של שיעור תקינות יורידו אותה אז בדירוג למערך ניסוי פיזיקלי. שלב C של QBI יהיה הבדיקה הבלתי תלויה הראשונה.

מה אומרים הבונים. הטיעון של Silicon Quantum Computing נשען על טוהר ודיוק: המעבדים שלה מכילים רק אטומי צורן וזרחן, דבר שלדבריה מפחית שגיאות היפוך ביט [C][863], והיא ממקמת אטומי זרחן בדיוק של 0.13 nm וטוענת שאיכות הקיוביטים עולה ככל שמוסיפים קיוביטים [C][864]. המעבד שלה בן 11 הקיוביטים, שני אוגרים רב-אטומיים, הגיע לנאמנויות של מצבי בל של עד 99.5% בזוגות מקומיים ולא-מקומיים של ספינים גרעיניים [D][192]. בנובמבר 2025 נכנסה SQC לשלב B של Quantum Benchmarking Initiative של DARPA, והתחייבה למפת דרכים מחקרית מפורטת עד 2033 [C][865], השנה שאתר האינטרנט שלה נוקב בה עבור מחשבים קוונטיים אוניברסליים וסובלניים לתקלות [R][863].

המכונות של ארכיטקטורה זו (במרשם: 1, מהן 1 התקנים, 1 בעלי שערים). Silicon Quantum Computing — 11-qubit donor processor (הודגם, 11).

תאים מחוץ למשבצות הארכיטקטורה: אין — כל תא של כל מכונה נמצא במשבצת של הארכיטקטורה.