→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

בקרת crossbar בקווים משותפים (ספינים) cx_crossbar

קווי plunger ו-barrier המשותפים לשורות ולעמודות ממענים מערך נקודות דו-ממדי, ומספר הקווים גדל כשורש הריבועי של מספר הנקודות — יכולת החיווט נקנית במחיר רזולוציית המיעון.

בקרת crossbar בקווים משותפים (ספינים)

cx_crossbar · שכבה 4 קישוריות והובלה · מתהווה · מאז 2023
פתח במפה

קווי plunger ו-barrier משותפים: 23 קווים ל-16 נקודות, גדילה לפי T = 6√g − 1; לא הוצגה פעולת קיוביט קוהרנטית.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[520] F. Borsoi et al., “Shared control of a 16 semiconductor quantum dot crossbar array,” Nat. … · 2024
[521] A. Tosato et al., “A crossbar chip for benchmarking semiconductor spin qubits,” Nat. Elect… · 2026

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא
מיוצר
(b) זמן · שזירה
—
(c) קריאה
—
(d) ניידות
crossbar בקווים משותפים
(e) בקרה
חשמלית בתדר נמוך @ טמפרטורת החדר
(f) מבנה השגיאה
קוהרנטית / כיול
(g) ייצור
מפעל CMOS 300 mm

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

control lines vs dots (no coherent qubit operation) → 23 lines for 16 dots
מגדירה: מסלול הגדלה · 2024-01 · מקור

ה-crossbar של 2024 (16 נקודות, 23 קווים; המאמר המייסד פורסם ברשת ב-2023-08-28) לא הראה פעולת קיוביט קוהרנטית. התוצאה "זוג אחד מארבעה הופעל בשער" שייכת להתקן 8 הקיוביטים המחווט פרטנית של imec/Diraq על 300 mm (Nat. Commun. 17, 5878, 2026-07), לא ל-crossbar.

רשומות סטנדרטיות

דרגת קישוריות → 3 · הטוב ביותר
Ge crossbar: 'two-dimensional 16-quantum-dot system' on a 4x4 grid with 23 gates; 24 nearest-neighbour bonds / 16 dots gives mean degree 3.0 · 2024-01 · מקור [D] ⓘ
הובלה לסבב → לא פורסם · הטוב ביותר
No syndrome round: the crossbar showed charge control only (tunnel coupling 3-20 GHz), no coherent qubit operation and no shuttling schedule · 2024-01 · מקור [D] ⓘ

שחקנים ויעדים — ביאורים

ספינים בנקודות קוונטיות בצורן / גרמניום (חלופית) — Intel, Diraq, Quantum Motion, HRL→IBM, QuTech/Groove, Quobly, Equal1 · G4 G7

קשתות

דורשת: ספין בנקודה קוונטית המוגדרת באלקטרודות שער (Si/SiGe, SiMOS, Ge)
חלופות: סריג סטטי של שכנים קרובים
מתנגשת עם:
שער חילוף (ספינים; כולל CZ בספינים מוסעים) פתוחה — לא הוצגה הפחתה בקנה מידה
קווים משותפים מול כיול חילוף לכל זוג
מחיר קו משותף אחד מניע שערי חילוף רבים בבת אחת, אך J משתנה מנקודה לנקודה בגלל אי-סדר; ה-crossbar בן 16 הנקודות מ-2024 לא הראה פעולת קיוביט קוהרנטית
הפחתה אחידות של 300 mm (~1% מהתקן להתקן), כוונונים מקומיים בשערים צפים, או סכמה משותפת-למחצה עם קווי תיקון לכל קיוביט · 2024-07
° אחת מכמה שהיו מתאימות · הדרך המקובלת, לא דרישה מחייבת

אינה בשימוש באף מכונה במרשם

תמונות

כל תמונה מלווה בתיאור של מה שהיא מראה ובשורת הקרדיט שלה.

Fig. 1 — Figure 3: (a) Layout of the bulk of a surface code patch. The black dots are data qubits. Gray (white) plaquettes represent Z-type (X-type) stabiliz…
A two-panel schematic drawing: the layout of a surface-code patch (black data qubits, red and blue ancilla qubits on grey and white plaquettes) and the same layout mapped onto a 5×5 crossbar array. It comes from the arXiv paper "Compiling the surface code to crossbar spin qubit architectures" by Dávid Pataki and András Pályi. It illustrates how rotated-surface-code error correction can run on spin qubits controlled through shared horizontal, vertical and diagonal lines instead of one wire per qubit; notice the empty sites in the checkerboard. “Fig. 1 — Figure 3: (a) Layout of the bulk of a surface code patch. The black dots are data qubits. Gray (white) plaquettes represent Z-type (X-type) stabilizer…” by Dávid Pataki, András Pályi, arxiv.org/abs/2412.05425v1, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Figure 1: A 16 quantum dot crossbar array. a, False-colour scanning electron microscopy image of the crossbar array device. The architecture consist…
A four-panel figure: (a) a false-colour scanning electron micrograph, with a 100 nm scale bar, of a germanium quantum-dot device where crossing plunger and barrier gate lines define 16 dots; (b)–(d) a top-view schematic, a cross-section of the SiGe/Ge/SiGe stack and an exploded 3D render of the three gate layers. It is Figure 1 of "Shared control of a 16 semiconductor quantum dot crossbar array" by Borsoi, Hendrickx, John and co-authors. Notice that each gate line is shared by many dots, so wires grow more slowly than qubit count. “Fig. 1 — Figure 1: A 16 quantum dot crossbar array. a, False-colour scanning electron microscopy image of the crossbar array device. The architecture consists of two…” by Francesco Borsoi et al., arxiv.org/abs/2209.06609, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 9 — Supplementary Figure 5: Quantum dot identification. a, Histograms of the (normalised) capacitive couplings (in red for the vUB, and in blue for the…
A multi-panel data figure: bar charts, gate-layout drawings and small maps that locate each quantum dot in a 16-dot grid. It comes from the arXiv paper 'Shared control of a 16 semiconductor quantum dot crossbar array' (Borsoi, Hendrickx, Veldhorst and co-authors), supplementary figure 5. In crossbar control many dots share the same gate lines; notice how each dot is pinned down where the most strongly coupled upper and lower barrier lines cross. “Fig. 9 — Supplementary Figure 5: Quantum dot identification. a, Histograms of the (normalised) capacitive couplings (in red for the vUB, and in blue for the vLB gates)…” by Francesco Borsoi et al., arxiv.org/abs/2209.06609, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
cx_crossbar · layer 4 קישוריות והובלה · centrality 5.7 · emerging · since 2023 · updated 2026-09-30

בקרת crossbar בקווים משותפים (ספינים)

קווי plunger ו-barrier המשותפים לשורות ולעמודות ממענים מערך נקודות דו-ממדי, ומספר הקווים גדל כשורש הריבועי של מספר הנקודות — יכולת החיווט נקנית במחיר רזולוציית המיעון.

Verdict. מסירה את חומת החיווט על הנייר ובשבב של 1,058 אתרים, אך אף מערך crossbar לא פרסם שער דו-קיוביטי, נתון של הפרעה הדדית או שחזור בלתי תלוי.

Key references

Λ = מקדם דיכוי השגיאות לכל צעד במרחק הקוד; QBI = DARPA Quantum Benchmarking Initiative (שלב A — רעיון → B — תוכנית מו״פ → C — אימות ותיקוף (V&V) ממשלתיים); G1–G7 = מחלקות היעדים של הדוח (ראו "שחקנים וכלכלה").

זהות ומוצא

ב-crossbar, קווי אלקטרודות השער משותפים לשורות ולעמודות של מערך הנקודות: רשת n×m צריכה O(n+m) קווים ולא O(nm), במחיר זה שכל פולס מגיע לכל נקודה על הקו. הבררנות נובעת מפיצוי על קיבול צולב ומהפיזור של נקודות העבודה בין האריחים: המיעון הופך לכיול. השיטה הוצעה לקיוביטי ספין בידי Li ועמיתיו (QuTech, Sci. Adv. 2018); היא הודגמה לראשונה בידי Borsoi ועמיתיו (קבוצת Veldhorst, QuTech/TU Delft): 16 נקודות בגרמניום על 23 קווים, פורסם בינואר 2024 D[520]. תכונות: קישוריות — מיעון משותף לשורות ולעמודות, הנושא נייח; בקרה ושגיאה — הנעה בתדר נמוך מטמפרטורת החדר, הפרעה הדדית קוהרנטית דרך הקווים המשותפים נוסף על רעש המטען הרגיל, ייצור CMOS.

פיזיקה וגבולות

מספר הקווים מציית למעריך רנט של כ-0.5: T = 6√g − 1 הדקים ל-g נקודות D[520], ו-n+m+7 = 53 קווים למערך QARPET של 23×23, בקיבולת של 1,058 אתרים בצפיפות של 2×10⁶ אריחים/mm² D[521]. האילוץ המחייב הוא אחידות, לא חיווט: מתח משותף אחד חייב ליפול בבת אחת בתוך חלון העבודה של כל אריח, ולכן פיזור מתחי הסף קובע כמה אריחים קו אחד משרת. 38 האריחים הניתנים למיעון מתוך 40 ב-QARPET מראים T2* של 4.43–5.75 µs ו-T2 בהד האן של 10.11–12.69 µs, בדומה להתקני גרמניום המחווטים פרטנית: שיתוף הקווים אינו עולה בקוהרנטיות D[521]. מה שהוא מוסיף הוא שגיאה קוהרנטית המתואמת לאורך שורה או עמודה שלמה — מבנה שהמפענחים מניחים שאינו קיים. פירוק ריבוב על השבב היה מזיז את הרצפה.

מצב ההנדסה העדכני

טבלה
שנה נתון מי תג+מפתח
2024-01 16 נקודות על 23 קווים משותפים, אכלוס אי-זוגי בכל האתרים QuTech/TU Delft D[520]
2026-02-12 53 קווים, 23×23 אריחים, קיבולת של 1,058 אתרים; 40 אריחים נמדדו, 38 ניתנים למיעון QuTech/TU Delft D[521]

האיבר השולט: כיסוי המיעון. אף אחד משני ההתקנים לא פרסם שער דו-קיוביטי על קו משותף.

לא פורסם: נתון הצלבה (crosstalk) בקו משותף עבור מערך crossbar כלשהו; ההתנגשות עם כיול ההחלפה לכל זוג נובעת משיטת המיעון, לא ממדידה.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

שני ההתקנים הם הטרו-מבנים של Ge/SiGe שיוצרו בחדר נקי אוניברסיטאי, לא בקו של 300 mm, ונכון ל-4 בספטמבר 2026 אף מפעל ייצור לא הכריז על שלב תהליך של crossbar — יחידת Quantum Technology Solutions של GlobalFoundries, עם מעגלים משולבים לבקרה קריוגנית ועם זיווד, היא היכולת הקרובה ביותר שנקובה בשמה C[353]. עומס הבקרה הוא כל העניין, ומחירו חוזר ומופיע בתזמון: בכל פעם נבחרות שורה אחת ועמודה אחת, ולכן ב-10³ אריחים פעולה מקבילית דורשת פענוח כתובות על השבב, וב-10⁴–10⁶ החומה היא רוחב הפס של המיעון, לא מספר המחברים. לא הודגם מפלג בתוך מערך.

תפקיד במחסנית

דורשת נושא של ספין בנקודה קוונטית המוגדרת באלקטרודות שער; מחליפה חיווט של קו אחד לכל אלקטרודה; מתנגשת בכיול חילוף לכל זוג בנפרד, שכן קו barrier משותף אינו יכול להעביר פולס בכוונון עצמאי לכל זוג בבת אחת. שייכת לארכיטקטורת הספינים בנקודות קוונטיות בצורן ובגרמניום. התרומה שלה לשעון היא מכפיל תזמון על השעון הנגזר = סכום סבב הסינדרום: שכבות שערים + הובלה + קריאה + איפוס (8.5 µs כאן, נקבע בידי הקריאה), ואף פרסום לא כימת אותו. אימות: 1,058 הוא קיבולת אתרים, לא מספר קיוביטים, ואף crossbar לא פרסם נאמנות דו-קיוביטית, נתון של הפרעה הדדית או שחזור. התוצאה "רק חלק מהזוגות עובדים", המצוטטת כאן לעתים קרובות — זוג אחד מארבעה הופעל בשער בהתקן של imec בן שמונה הקיוביטים על 300 mm D[197] — שייכת להתקן מחווט פרטנית, לא ל-crossbar.

שחקנים וכלכלה

מי.
| ארגון | תפקיד | מדינה | מה הם עושים | ראיות |
|---|---|---|---|---|
| QuTech/TU Delft | מחקר | הולנד | בנתה את שני התקני ה-crossbar, ובהם QARPET | D[521] |
| Groove Quantum | מפתח | הולנד | ממסחרת את פלטפורמת הנקודות בגרמניום | fact |
| GlobalFoundries | ספק | ארה״ב | מעגלים משולבים לבקרה קריוגנית וזיווד | C[353] |
| Quantum Machines | ספק | ישראל | חומרת תזמון למיעון בקווים משותפים | C[449] |

כספים. 2026-04-30 · Groove Quantum · סבב הון סיכון · €16 M · המשקיעים לא פורסמו · €26 M במצטבר · נסגר fact. 2026-05-21 · GlobalFoundries · מכתב כוונות של CHIPS · $375 M · US Commerce · לא מחייב fact.

שוק ושרשרת אספקה. אין ספק ציוד ייחודי ל-crossbar; השיטה קובעת כמה קווים דרך המקרר מערך צריך, וכך הופכת את המעגלים המשולבים לבקרה קריוגנית לשכבה שעליה נאבקים C[353]. מועילה ל-G3 ול-G4 בלבד — מתחת ל-~10³ נקודות, חיווט פרטני זול יותר ומאופיין טוב יותר.

קניין רוחני ותקנים. נכון ל-4 בספטמבר 2026 לא נמצאה משפחת פטנטים מתוארכת של crossbar במאגר נתונים מזוהה; עקרון הקווים המשותפים הוא מיעון קווי המילה (word lines) של זיכרונות סחורתיים, שהפטנטים עליו פגו מזמן.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. QuTech (2026-02-12 · QARPET כשבב משותף לבחינת ביצועים · סופק, ללא מפת דרכים להגדלה) D[521]. מפת הדרכים של Diraq ל-2029 אינה נוקבת בשום שיטת חיווט Rfact. ההדגמות צנועות ומוצגות ביושר; אף ספק לא התחייב ל-crossbar.

פרשנות אסטרטגית. אם ה-crossbar יגדל בקנה מידה, המנוף יעבור מספקי האלקטרוניקה שבמסדים אל מפעל הייצור שיצליח להציב מפלגים בטמפרטורת מיליקלווין; אם האחידות תחסום אותו, החיווט לכל קיוביט עם ריבוב קר — המסלול של HRL/IBM — ינצח, וספקי המסדים ישמרו על מעמדם.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר או להוריד בדרגה בתוך 12–24 חודשים: שני אריחים המופעלים בשערים בלתי תלויים דרך קו משותף אחד; נתון הפרעה הדדית שפורסם; שלב crossbar במפעל ייצור עד 2027. התרחיש הטוב ביותר ל-2029: פירוק ריבוב על השבב ממען >10⁴ נקודות במאות קווים. התרחיש הגרוע ביותר: ה-crossbar נשאר הדגמה של יכולת חיווט, בזמן שריבוב קר לכל קיוביט מנצח. פתוח: (1) איזה חלק מהאריחים נשאר ניתן למיעון ככל שהמערכים גדלים; (2) האם שגיאה המתואמת לאורך שורה שוברת את הנחות המפענח; (3) האם המפלגים נכנסים בתקציב ההספק של שלב המיליקלווין.

מקורות
  1. [197] A. Nickl et al., “Eight-qubit operation of a 300 mm SiMOS foundry-fabricated device,” Nat. Commun., vol. 17, no. 1, Art. no. 5878, Jul. 2026, doi: 10.1038/s41467-026-74597-6. [D]
  2. [353] GlobalFoundries, “GlobalFoundries launches Quantum Technology Solutions to scale U.S. quantum manufacturing,” May 21, 2026. [Online]. Available: https://gf.com/gf-press-release/globalfoundries-launches-quantum-technology-solutions-to-scale-us-quantum-manufacturing/ Also https://investors.gf.com/news-releases/news-release-details/globalfoundries-launches-quantum-technology-solutions-scale-us. [C]
  3. [449] Quantum Machines, “Semiconductor Spin Qubits,” Aug. 11, 2026. [Online]. Available: https://www.quantum-machines.co/qubit-types/semiconductor-spin-qubits/ [C]
  4. [520] F. Borsoi et al., “Shared control of a 16 semiconductor quantum dot crossbar array,” Nat. Nanotechnol., vol. 19, no. 1, pp. 21–27, Jan. 2024, doi: 10.1038/s41565-023-01491-3. [D]
  5. [521] A. Tosato et al., “A crossbar chip for benchmarking semiconductor spin qubits,” Nat. Electron., vol. 9, no. 3, pp. 324–333, Mar. 2026, doi: 10.1038/s41928-026-01569-5. [D]