→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

ספין של אטום תורם (P ב-²⁸Si) donor

אטומי זרחן תורמים הממוקמים בליתוגרפיית STM בצורן-28 מועשר; האלקטרון הקשור מספק את ההנעה ואת הקריאה, וגרעין ה-³¹P הוא הקיוביט ארוך החיים.

ספין של אטום תורם (P ב-²⁸Si)

donor · שכבה 1 נושא הקיוביט · הודגם · מאז 2012
פתח במפה

אטומי זרחן הממוקמים ב-STM; קיוביטים גרעיניים המופעלים בשערים דרך הצימוד העל-דק של אלקטרון משותף; אין מסלול למפעל ייצור.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[192] H. Edlbauer et al., “An 11-qubit atom processor in silicon,” Nature, vol. 648, no. 8094, p… · 2025
[357] M. Fuechsle et al., “A single-atom transistor,” Nat. Nanotechnol., vol. 7, no. 4, pp. 242–… · 2012

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא
ביניים / בלתי תלוי בנושא
(b) זמן · שזירה
1.0 µs · דטרמיניסטית
(c) קריאה
ספין-למטען + רפלקטומטריית rf · 10 µs · לא הרסנית · mid-circuit
(d) ניידות
חיווט סטטי לשכנים קרובים
(e) בקרה
חשמלית בתדר נמוך @ טמפרטורת החדר
(f) מבנה השגיאה
פאולי סטוכסטית
(g) ייצור
ליתוגרפיית מימן ב-STM

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

nuclear-spin gates (range reported) → 99.5–99.99%; Bell > 99% (single 99.90(4)% CZ not isolable in the abstract)
מגדירה: ערוץ השגיאה · 2025-12 · מקור

SQC (אוסטרליה), נוסדה ב-2017; ההתקן הראשון עם אטום תורם בודד שמוקם באופן דטרמיניסטי הוא של UNSW/Simmons (2012). חומר הגלם ²⁸Si מגיע מ-ASP Isotopes ומ-DOE/ORNL.

רשומות סטנדרטיות

רלקסציית T1 → לא פורסם · הטוב ביותר
No T1 reported for the P donor electron or nuclear spin; the supplementary gives only readout-limited nuclear lifetimes 2,900 s / 7,900 s · 2014-02 · מקור [D] ⓘ
קוהרנטיות T2 (הד/DD) → 36 s · הטוב ביותר
28Si:P ionised 31P+ nuclear qubit: T2(DD) = 35.6 s, Hahn 1.75 s, T2* 0.6 s; electron T2(DD) = 0.56 s · 2014-02 · מקור [D] ⓘ
קוהרנטיות T2 (הד/DD) → 45 ms · טיפוסי
SQC 11-qubit donor register: nuclear T2(Hahn) 3-660 ms (T2* 1-46 ms); electron T2(Hahn) ~350 us, T2* ~20 us · 2025-12 · מקור [D] ⓘ
זמן שער 1Q → לא פורסם · טיפוסי
No pi-pulse duration in ns or us is stated in Muhonen 2014 or in the SQC 11-qubit paper; only fidelities are given · 2025-12 · מקור [D] ⓘ
שגיאת סרק / זיכרון לסבב → לא פורסם · טיפוסי
No donor QEC round has been run; no idle/memory error per round is published · 2025-12 · מקור [D] ⓘ

שחקנים ויעדים — ביאורים

ספיני תורמים בצורן — SQC · G7

קשתות

דורשת: ליתוגרפיית מימן ב-STM (תורמים)·
נחוצה עבור: שער חילוף (ספינים; כולל CZ בספינים מוסעים)°, המרת ספין-למטען + רפלקטומטריית rf°, קידוד בספין יחיד (לוס–דיווינצ'נזו) / בספין גרעיני°, שערי ספין במיקרוגל / אופטיים (מרכזי פגם, ספינים 1Q)°
חלופות: ספין בנקודה קוונטית המוגדרת באלקטרודות שער (Si/SiGe, SiMOS, Ge)
° אחת מכמה שהיו מתאימות · הדרך המקובלת, לא דרישה מחייבת

בשימוש: 1 מכונה (1 ראשית · 0 חלופית)

↗ כרטיס המרשם שלה · מאמר / מוצר / עיתונות: קישורים שבהם המכונה נזכרת בשמה (הייחוס נבדק ב-20 בספטמבר 2026)

תמונות

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

Fig. 1 — Figure 1: Single-qubit characteristics of the 11-qubit atom processor. a, Connectivity of nuclear spins (n1n-n9n) and electron spins (e1e and e2e_{2
A six-panel figure: (a) a drawn connectivity graph of nine nuclear spins and two electron spins; (b) a scanning tunnelling micrograph of a silicon surface, with 10 nm scale bar, showing the patterned 4P and 5P donor registers and a single-electron-transistor sensor; (c)–(f) spectroscopy and plots of Rabi oscillations, coherence times and single-qubit benchmarking fidelities. It is Figure 1 of "An 11-qubit atom processor in silicon" by Edlbauer, Wang, Huq and co-authors. Notice the visible atomic rows: phosphorus donors are placed by hydrogen lithography with near-atomic precision. “Fig. 1 — Figure 1: Single-qubit characteristics of the 11-qubit atom processor. a, Connectivity of nuclear spins (n1n-n9n) and electron spins (e1e and…” by Hermann Edlbauer et al., arxiv.org/abs/2506.03567, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Figure 1: Schematic of the multi-donor qubit and spin readout sensor. a) P donors can be precision placed with ±0.385 0.385 nm accuracy in Si crysta…
A 3D schematic drawing, not a micrograph: two phosphorus donors in silicon holding an electron, surrounded by in-plane gates, source, drain and a single-electron-transistor (SET) charge sensor, plus potential-well sketches of the electron tunnelling to the SET. It is Figure 1 of the arXiv paper "Impact of measurement backaction on nuclear spin qubits in silicon" by S. Monir and co-authors, including M.Y. Simmons and R. Rahman. It illustrates spin-to-charge readout of donor qubits; the caption notes donors placed with +/-0.385 nm accuracy by scanning-tunnelling-microscope lithography. “Fig. 1 — Figure 1: Schematic of the multi-donor qubit and spin readout sensor. a) P donors can be precision placed with ±0.385 0.385 nm accuracy in Si crystal and…” by S. Monir et al., arxiv.org/abs/2310.12656, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 5 — Figure S1: Basic operation of the 11-qubit atom processor via detuning gates. a, Scanning tunneling micrograph showing the core of the atom processo…
A two-panel figure. (a) A real scanning tunnelling micrograph (100 nm scale bar) of the processor core on silicon-28: two patterned gates, a single-electron-transistor (SET) charge sensor and the sites of two donor registers, 4P and 5P (four and five phosphorus atoms), each with one electron (e1, e2); (b) a measured charge-stability map versus the two gate voltages, with charge states, a detuning axis ε and the working point where an antenna drives electron and nuclear spin resonance (ESR, NMR). It is Figure S1 of 'An 11-qubit atom processor in silicon' by Hermann Edlbauer and co-authors. Gate voltages set the electron charge states of these atomically placed donors. “Fig. 5 — Figure S1: Basic operation of the 11-qubit atom processor via detuning gates. a, Scanning tunneling micrograph showing the core of the atom processor with the…” by Hermann Edlbauer et al., arxiv.org/abs/2506.03567, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
donor · layer 1 נושא הקיוביט · centrality 4.2 · demonstrated · since 2012 · updated 2026-09-30

ספין של אטום תורם (P ב-²⁸Si)

אטומי זרחן תורמים הממוקמים בליתוגרפיית STM בצורן-28 מועשר; האלקטרון הקשור מספק את ההנעה ואת הקריאה, וגרעין ה-³¹P הוא הקיוביט ארוך החיים.

Verdict. נאמנויות השער הגבוהות ביותר שפורסמו בצורן, אך תהליך כתיבה טורי, אטום אחר אטום, ושחקן יחיד המיישם אותו מגבילים את האוגר לאחד-עשר קיוביטים, ללא תוכנית מתוארכת להקבלה.

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

אטום תורם ³¹P יחיד הממוקם אטום אחר אטום ב-²⁸Si מועשר: האלקטרון הקשור מספק את ההנעה ואת קריאת הספין-למטען, וגרעין ה-³¹P בעל ספין 1/2 הוא הזיכרון. על קיוביטים גרעיניים בתוך אוגר פועלים שערים דרך הצימוד העל-דק שלהם לאלקטרון משותף; האוגרים מקושרים בחילוף בין האלקטרונים D[192]. Kane הציע את הארכיטקטורה ב-1998; קבוצת Simmons ב-UNSW בנתה ב-2012 את ההתקן הראשון עם אטום תורם יחיד שמוקם באופן דטרמיניסטי D[357]; SQC, החברה שיצאה ממנה ב-2017, היא המפעילה היחידה בקנה מידה של התקן נכון ל-4 בספטמבר 2026.
תכונות: מסמם טבעי במיקום מהונדס, סטטי, שזירה דטרמיניסטית סביב 1 µs; קריאת ספין-למטען ~10 µs, לא הרסנית ואפשרית באמצע המעגל; שגיאת פאולי; ייצור ב-STM, ללא מקבילה במפעל ייצור.

פיזיקה וגבולות

הקיוביט הוא גרעין, לא אלקטרון כלוא: בהיעדר דרגת חופש מסלולית אין צימוד מסדר ראשון לרעש מטען — האיבר שמקבע נקודות המוגדרות באלקטרודות שער על 99.0–99.6%. אך כל פעולה עוברת דרך האלקטרון היחיד, שהוא דווקא כן מצטמד לרעש מטען, והוא בבת אחת המצמד, גשש הקריאה ומקור השגיאה השולט; את התקציב קובעת הדה-פאזה של האלקטרון במהלך הפולס המותנה בצימוד העל-דק, לא הקוהרנטיות הגרעינית. ²⁹Si שיורי וממשק ה-STM שגודל מחדש קובעים את ה-T₂ של אותו אלקטרון. חוד חד יותר לא יזיז את הרצפה: החילוף משתנה באופן מעריכי עם המרחק, ולכן אטום תורם שמוקם בסטייה של כמה nm נותן אוגר מת.

מצב ההנדסה העדכני

טבלה
שנה נתון מי תג+מפתח
2012 ההתקן הראשון עם אטום תורם יחיד שמוקם באופן דטרמיניסטי UNSW D[357]
2025-12-17 11 קיוביטים (9 גרעיניים, 2 אלקטרוני עזר), שערים 99.10–99.99%, בל עד 99.5%, GHZ על פני שמונה גרעינים SQC D[192]

האיבר השולט: גודל האוגר והשער המתווך בידי האלקטרון. הנתון היחיד של הדוח הראשי, "CZ גרעיני של 99.90% באטום תורם", אינו ניתן לבידוד מתוך עבודה זו D[192].

נאמנות ה-CZ של 99.90% על ספיני הגרעין של התורמים אינה ניתנת לבידוד מתוך [192], שגרסת הטרום-פרסום שלו נותנת 99.5–99.99% והגרסה שפורסמה 99.10–99.99%; הנאמנות היא טווח. לא פורסם: תפוקת מיקום או עלות לתורם, מאף שחקן; סכום ההשקעה של Firgun Ventures, וחלוקת הסכום הכולל של NRFC, A$60 M, בין שתי המנות; וכל הצהרה של SQC על השלכות רכישת SkyWater על ידי IonQ.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

טורי מעצם בנייתו: חוד אחד, אתר אחד, ולכן התפוקה נמדדת בשעות-קיוביט ולא בשעות-פרוסה; לא פורסמה חשיפה מקבילית. ל-²⁸Si מועשר יש שני מקורות נכון ל-4 בספטמבר 2026 — קו הייצור של ASP Isotopes ב-Pretoria מאז 2025-03, וסילאן של US DOE ב-99.9999% ²⁸Si מאז 2026-07-16 P[348] — ולכן חומר הגלם אינו האילוץ. ספקים: SkyWater למהודים בארה״ב C[276], Bluefors לקריוגניקה C[358]. נקודת הכשל היחידה זזה ב-2026: IonQ סגרה ב-2026-07-31 את רכישת SkyWater תמורת ~USD 1.8 B G[19], ובכך הכניסה את מסלול הייצור האמריקאי היחיד של SQC שנקוב בשמו לתוך מתחרה. החשיפה לפיקוח יצוא נמצאת בחומר הגלם, לא במכונה: התקנה האמריקאית מ-2024-09-06 קבעה מספרי סיווג לפיקוח יצוא (ECCN) לצורן ולגרמניום מועשרים איזוטופית — צורן נכלל בהם כשיש בו פחות מ-0.08% מהאיזוטופ ²⁹Si, בעל הספין הגרעיני — כשכבות אפיטקסיאליות (3C907), כהידרידים כמו סילאן (3C908) וכחומר נפחי או תחמוצת (3C909), ולכן ²⁸Si בדרגה המתאימה לקיוביטים הוא עצמו פריט בפיקוח; ה-ECCN של אותה תקנה למחשבים קוונטיים, 4A906, מתחיל ב-34 קיוביטים, ומתחת ל-2,000 חל רק כששגיאת השער הדו-קיוביטי (C-NOT) נמוכה מתקרה שנקבעה לכל טווח גדלים, ולכן אוגר של אחד-עשר קיוביטים אינו נכלל בו G[301]. החיווט אינו הקיר; שלב הכתיבה הוא הקיר.

תפקיד במחסנית

ארכיטקטורה: ספיני תורמים בצורן, כנושא הראשי שלה. דורש ליתוגרפיית מימן ב-STM; מספק את הנושא לקישורי חילוף ולקריאת ספין-למטען; מחליף נקודות המוגדרות באלקטרודות שער במחיר של זרימת התהליך כולה. תרומתו לשעון אינה ייחודית — שערים של µs וקריאה של ~6 µs תואמים את ספיני הנקודות, ולכן סכום סבב הסינדרום: שכבות שערים + הובלה + קריאה + איפוס הוא 7.7 µs מול 8.5 µs אצלן, וצוואר הבקבוק האמיתי הוא גודל של ייצור שהשעון אינו יכול לבטא. אימות: קבוצה אחת, התקן אחד, ללא שחזור, שלוש הצגות סותרות של הנאמנות D[192].

שחקנים וכלכלה

מי.
| ארגון | תפקיד | מדינה | מה בדיוק הם עושים | ראיות |
|---|---|---|---|---|
| SQC | מפתח | אוסטרליה | היצרנית היחידה של אטומים תורמים ב-STM, מעבד בן 11 קיוביטים | D[192] |
| SkyWater Technology | ספק | ארה״ב | מהודים, זיווד | C[276] |
| IonQ | ספק | ארה״ב | בעלת SkyWater מאז 2026-07-31 | G[19] |

כספים. 2025-11-06 · SQC · מענק בשלב B של QBI · עד USD 15 M · DARPA · הוענק fact. 2026-03-24 ו-2026-06-11 · SQC · הון · A$60 M יחד · ה-NRFC של אוסטרליה · נסגר fact. 2026-07-31 · IonQ · רכישת הספק SkyWater · ~USD 1.8 B · נסגרה G[19].

שוק ושרשרת אספקה. אף ספק אינו מוכר כלי מיקום ב-STM: הנכס של SQC הוא ידע, ולכן אי אפשר לקנות מקור שני. ²⁸Si הוא התשומה היחידה שיש לה שני ספקים P[348]; העלות לאטום תורם לא פורסמה. תורם ל-G2 ול-G3 בזכות הנאמנות, לא בזכות מספר הקיוביטים.

קניין רוחני ותקנים. פטנטי היסוד מקורם בקו של UNSW/Simmons; נכון ל-4 בספטמבר 2026 אין ספירה מתוארכת של משפחות פטנטים ממאגר נתונים מזוהה.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. SQC (2026-06 · קנה מידה מסחרי עד 2033 Rfact · לא הושג; 11 קיוביטים הם המקסימום שפורסם). החברה מספקת את מה שהיא מפרסמת, אך 2033 מניח תוכנית הקבלה שאינה קיימת בספרות — יעד שאינו ניתן להפרכה, לא יעד נועז.

פרשנות אסטרטגית. אם ספיני התורמים ינצחו, הם ינצחו כאוגר מדויק המוברג על מערך נקודות ממפעל ייצור, ו-SQC תלכוד מכך מעט: היא מחזיקה בתהליך הכתיבה, לא בפרוסה. סיכון חריף: מתחרה מחזיק בספק הזיווד האמריקאי שלה.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר/להוריד בדרגה (12–24 חודשים): התקן של יותר מ-11 קיוביטים או תוכנית מתוארכת לכתיבה מקבילית מאשרים; שתיקה לאורך 2028 מורידה את הטכנולוגיה למעמד של סביבת ניסוי לפיזיקה. התרחיש הטוב ביותר ל-2029: כמה עשרות קיוביטי תורמים מעל 99.5%. התרחיש הגרוע ביותר: אחד-עשר נשאר השיא. פתוח: (1) האם אפשר להקביל את יצירת התבניות ברזיסט המימן; (2) האם הבעלים החדשים של SkyWater ישמרו על הקשר; (3) האם שלב C של QBI יממן את SQC; (4) מהי התפלגות שיעור התקינות של המיקום.

מקורות
  1. [19] IonQ, “IonQ Completes Acquisition of SkyWater Technology,” Jul. 31, 2026. [Online]. Available: https://www.ionq.com/news/ionq-completes-acquisition-of-skywater-technology [G]
  2. [192] H. Edlbauer et al., “An 11-qubit atom processor in silicon,” Nature, vol. 648, no. 8094, pp. 569–575, Dec. 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09827-w. arXiv:2506.03567. [D]
  3. [276] Silicon Quantum Computing, “SkyWater x SQC: Advancing Hybrid Quantum-Classical Computing,” Nov. 20, 2025. [Online]. Available: https://sqc.com/news/skywater-and-sqc-advancing-hybrid-quantum-classical-computing [C]
  4. [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/2024/09/06/2024-19633/commerce-control-list-additions-and-revisions-implementation-of-controls-on-advanced-technologies [G]
  5. [348] U.S. Department of Energy, “DOE Advances Domestic Supply of Silicon, Germanium Isotopes for Quantum Computing,” HPCwire, Jul. 16, 2026. [Online]. Available: https://www.hpcwire.com/off-the-wire/doe-advances-domestic-supply-of-silicon-germanium-isotopes-for-quantum-computing/ [P]
  6. [357] M. Fuechsle et al., “A single-atom transistor,” Nat. Nanotechnol., vol. 7, no. 4, pp. 242–246, Apr. 2012, doi: 10.1038/nnano.2012.21. [D]
  7. [358] Silicon Quantum Computing, “Silicon Quantum Computing — News,” sqc.com. [Online]. Available: https://sqc.com/news/ [C]