→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

הטרו-מבנים III-V ב-MBE (תילי InAs–Pb, מקורות מנקודות קוונטיות) fab_mbe

אפיטקסיה בקרן מולקולרית של ננו-מבנים III-V עם מעטפות מוליך-על שהושקעו בלי לשבור את הוואקום, לתילי מיורנה, ושל נקודות קוונטיות למקורות פוטון בודד.

הטרו-מבנים III-V ב-MBE (תילי InAs–Pb, מקורות מנקודות קוונטיות)

fab_mbe · שכבה 10 ייצור · הודגם · מאז 2015
פתח במפה

גידול פנימי של Microsoft לטטרונים (ללא שחזור חיצוני); מקורות פוטונים מנקודות קוונטיות GaAs (Quandela).

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[21] M. Aghaee et al., “20 Second Parity Lifetime in an InAs–Pb Tetron Device,” arXiv:2606.0388… · 2026
[365] H. Zhang et al., “Quantized Majorana conductance,” Nature, vol. 556, no. 7699, pp. 74–79, … · 2018
[13] Microsoft Azure Quantum, “Interferometric single-shot parity measurement in InAs–Al hybrid… · 2025
[22] H. F. Legg, “On the robustness of topological gap detection via transport,” Nature, vol. 6… · 2026
[301] US Department of Commerce, Bureau of Industry and Security, “Commerce Control List Additio… · 2024

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא
היברידי (מארח מיוצר)
(b) זמן · שזירה
—
(c) קריאה
—
(d) ניידות
—
(e) בקרה
—
(f) מבנה השגיאה
לא ידועה / שנויה במחלוקת
(g) ייצור
הטרו-מבנים III-V ב-MBE

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

replication → no independent replication of the InAs–Pb stack
מגדירה: מסלול הגדלה · 2026-06 · מקור

עופרת לעומת אלומיניום בערימות של Microsoft: הפער של המוליך-העל עצמו ≈1.3 meV לעומת 295 µeV והפער המושרה ≈570 לעומת 129 µeV — פי ארבעה בערך; הפער הטופולוגי בחמישון העליון ~70 לעומת ~30 µeV — פי שניים בערך (קדם-פרסום על הטטרון, 2026; PRB 107, 245423). השושלת מתחילה ב-Al אפיטקסיאלי שגודל באתרו על ננו-תילי InAs (Copenhagen, 2015); טענת 2018 למוליכות מיורנה מקוונטטת, על תילי InSb–Al (Nature 556), נמשכה ב-2021-03-08. ציוד גידול ב-MBE נתון לפיקוח יצוא תחת ECCN 3B001.a.3, ואילו 3C907 של התקנה מ-2024 חל רק על אפיטקסיה של Si או Ge מועשרים איזוטופית. תילי ה-InSb של QuTech גדלים ב-TU Eindhoven (Bakkers).

רשומות סטנדרטיות

שיעור התקינות של ההתקנים → לא פורסם · טיפוסי
No device yield: Microsoft says only that 'several devices, fabricated according to the design's engineering specifications, have passed' · 2022-07 · מקור [D] ⓘ
פיזור הפרמטרים → לא פורסם · טיפוסי
No wafer-level parameter spread published for the InAs-Al or InAs-Pb heterostructures; only per-device topological gaps are quoted: maxima of 20–60 µeV for InAs-Al, a top-quintile ~70 µeV for InAs-Pb (against ~30 µeV for InAs-Al on that measure; tetron preprint arXiv:2606.03884, 2026) · 2022-07 · מקור [D] ⓘ

שחקנים ויעדים — ביאורים

טופולוגי — טטרון (מיורנה) — Microsoft · —
פוטוניקה מבוססת-היתוך (FBQC) (חלופית) — PsiQuantum (Omega), Quandela, QuiX · G4 G6

קשתות

נחוצה עבור: זוגיות מיורנה (טטרון InAs–Pb), פוטון בודד (משתנה בדיד)°
° אחת מכמה שהיו מתאימות · הדרך המקובלת, לא דרישה מחייבת

בשימוש: 4 מכונות (2 ראשית · 2 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.

File:Molecular-beam epitaxy 412 RIBER system at LAAS-CNRS.jpg
A photograph of a complete molecular beam epitaxy system in a clean room: a gold-coloured RIBER growth chamber with radial source-cell ports, a grey insulated preparation chamber and load-lock modules on blue frames. Taken by QGravelier on 22 June 2021 at the LAAS-CNRS technology facility in Toulouse, France; the file title names it a RIBER 412 system. It is fabrication equipment, not a quantum computer, but shows the scale of the ultra-high-vacuum tools that grow III-V heterostructures for nanowire and quantum-dot devices. “Molecular-beam epitaxy 412 RIBER system at LAAS-CNRS” by QGravelier, commons.wikimedia.org/wiki/File:Molecular-beam_epitaxy_412_R…, CC BY SA 4.0 (creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)
File:MBE.svg
Labelled drawing, not a photograph, of the inside of a molecular-beam-epitaxy chamber: heated effusion cells send beams of material onto a rotating, heated substrate, while cryopanels, a RHEED electron gun and screen, a mass spectrometer and gauges monitor the growth. It is a concept drawing by Vegar Ottesen dated 2011-10-11 (origin as recorded: Wikimedia Commons). It explains how the III-V layers behind quantum-dot photon sources and hybrid nanowires are grown one atomic layer at a time. “MBE” by Vegar Ottesen, commons.wikimedia.org/wiki/File:MBE.svg, CC BY 3.0 (creativecommons.org/licenses/by/3.0/)
File:Molecular-beam epitaxy system at LAAS 0513.jpg
A photograph of the growth chamber of a molecular beam epitaxy machine: a gold-coloured, RIBER-labelled vessel with bolted flanges and windows, its source ports wrapped in aluminium foil, next to a load-lock box marked 'LOAD'. The caption places it at the LAAS-CNRS facility in Toulouse, photographed by Guillaume Paumier in October 2007. Inside such a chamber, heated cells send atomic beams onto a wafer to build III-V semiconductor layers; the foil is typical of bakeout to reach ultra-high vacuum. “Molecular-beam epitaxy system at LAAS 0513” by Guillaume Paumier (user:guillom), commons.wikimedia.org/wiki/File:Molecular-beam_epitaxy_syste…, CC BY SA 3.0 (creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
fab_mbe · layer 10 ייצור · centrality 4.2 · demonstrated · since 2015 · updated 2026-09-30

הטרו-מבנים III-V ב-MBE (תילי InAs–Pb, מקורות מנקודות קוונטיות)

אפיטקסיה בקרן מולקולרית של ננו-מבנים III-V עם מעטפות מוליך-על שהושקעו בלי לשבור את הוואקום, לתילי מיורנה, ושל נקודות קוונטיות למקורות פוטון בודד.

Verdict. התהליך עובד ונשען על מקור יחיד; הוא יופרך כפלטפורמה ניתנת לשחזור, אלא אם עד 2028 קבוצה מחוץ ל-Microsoft תפרסם התקן InAs–Pb שגודל באופן בלתי תלוי, עם חתימות זוגיות דומות.

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

שני התקנים שאין ביניהם קשר חולקים סוג כלים אחד. הראשון הוא ננו-תיל III-V או גז אלקטרונים דו-ממדי (2DEG) שגודל באפיטקסיה בקרן מולקולרית, עם מוליך-על שהושקע באותו ואקום, כך שהממשק אינו נחשף לעולם: אלומיניום עד 2025, ועופרת בטטרון של 2026, כמעטפת בעלת פער גדול יותר D[21]. השני הוא נקודות קוונטיות מבוססות GaAs כמקורות פוטון בודד — אותם כורים, פיזיקה אחרת fact. השושלת מתחילה ב-2015, כשב-Copenhagen גידלו אלומיניום באופן אפיטקסיאלי על ננו-תילי InAs בלי לשבור את הוואקום Dfact; התוצאה הבולטת של התחום מ-2018, מוליכות מיורנה מקוונטטת בתילי InSb–Al, נמשכה ב-2021-03-08 D[365].
a מיוצר ברובו (0.75) · b תהליך, לא שעון · c אין · d אין
e אין · f אי-הסדר שולט · g אפיטקסיה בקרן מולקולרית

פיזיקה וגבולות

הרצפה היא אי-הסדר. סימום לא מכוון, חספוס הממשק ועיבור במעטפת יוצרים מצבי אנדרייב טריוויאליים שמתחת לפער, שהחתימות שלהם מחקות אופני מיורנה — וזו המחלוקת ב-Nature: Legg טוען שהאזורים המשמשים לקריאת הזוגיות שרויים באי-סדר וחסרי פער D[22]. העופרת מעלה את הפערים מעל אלה של האלומיניום: בערימת הטטרון של Microsoft הפער של שכבת העופרת עצמה הוא ≈1.3 meV והפער שהיא משרה בתיל ≈570 µeV, לעומת 295 µeV ו-129 µeV עם אלומיניום, ואילו הפער הטופולוגי, בחמישון העליון של הערכים שנמדדו, רק מוכפל, מ-~30 ל-~70 µeV D[21], fact; Pb אפיטקסיאלי על ננו-תילי InAs שומר על פער קשה של 1.25 meV עד 8.5 T (Copenhagen, 2021) Dfact. הזזת הרצפה פירושה דרך חופשית ממוצעת ארוכה בהרבה מאורך הקוהרנטיות, המאומתת במדד ניידות או אי-סדר שפורסם, ולא בתוצאות של התקנים. ל-InAs–Al פרסמה Microsoft מדדים כאלה — ניידות של 60,000–100,000 cm²/V·s וצפיפות פגמים טעונים של 2.7 × 10¹² cm⁻² Dfact — ולערימת ה-Pb רק ערכים ממוטות הול של האזור הפעיל שלה: צפיפות מטען משטחי של ≈2 × 10¹² cm⁻² וניידות של יותר מ-350,000 cm²/V·s בבאר קבורה D[21]; אף אחד מהם לא נמדד על התקן, ולכן הוויכוח על החומרים מתנהל דרך נתוני הולכה חשמלית.

מצב ההנדסה העדכני

טבלה
שנה נתון מי תג+מפתח
2018 טענת מיורנה של מוליכות מקוונטטת בתילי InSb–Al; נמשכה ב-2021-03-08 Delft (Kouwenhoven et al.) D[365]
2025-02 ערימת InAs–Al מאפשרת שגיאת הקצאת זוגיות של 1% Microsoft Azure Quantum D[13]
2026-06 ערימת InAs–Pb, מעטפת בעלת פער גדול יותר, החלפת זוגיות ~20 s, תיל אחד Microsoft Quantum D[21]

לא פורסם נתון של שיעור תקינות או אחידות לאף אחת משתי הערימות, ונתוני האי-סדר של ערימת ה-Pb באים ממוטות הול, לא מהתקנים; העזר הפומבי היחיד להגדלה הוא שיטת rf המבחינה בפיצול של מצבי קצות התיל ברזולוציה של µeV, לצורך הפעלה ראשונית של כל התקן בנפרד D[21].

עבור InAs–Al פרסמה Microsoft פער מושרה של 129 µeV, פערים טופולוגיים של 20–60 µeV, ניידות וצפיפות פגמים טעונים (Physical Review B, 2023) fact, לפי פרוטוקול פער שקריאתו שנויה במחלוקת אצל Legg D[22]; עבור ערמת InAs–Pb נותן מאמר הטטרון את פער שכבת העופרת (≈1.3 meV), את הפער המושרה (≈570 µeV), פער טופולוגי בחמישון העליון (~70 µeV) וצפיפות מטען וניידות ממבני Hall [21]. ECCN 3C907 חל רק על סיליקון או גרמניום עם זיהום איזוטופי מתחת ל-0.08% G[301]; אם ערמת III-V מסוימת נופלת תחת 3C001.d תלוי בשכבותיה ובסימום שלה, ואין פסיקת BIS בעניין. לא פורסם: מדד תפוקה לאף אחת משתי הערמות, ונתון מתוארך של הכנסות או נתח שוק לספקי מכונות MBE.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

הגידול דורש כור MBE ל-III-V בוואקום על-גבוה, עם השקעת מוליך-על באתרו, כדי לשמור על ממשק נקי דיו לפער קשה. המתכון של Microsoft פנימי, ומאז 2025-11-13 ליבת שבב המיורנה מיוצרת במלואה ב-Lyngby שבדנמרק Pfact; איש מבחוץ לא גידל ערימה שוות-ערך, ולכן מתכון אחד בבניין אחד הוא נקודת הכשל היחידה של הארכיטקטורה D[22]. בסיס III-V בלתי תלוי קיים לגאומטריה אחרת: תילי InSb שגודלו ב-Eindhoven נושאים את התקני קיטאייב של QuTech D[216]. החשיפה לפיקוח על יצוא קודמת לתקנות הקוונטיות: ציוד גידול ב-MBE כלול זה מכבר ברשימת הפריטים הדו-שימושיים של הסדר וסנאר (מספר סיווג אמריקאי לפיקוח יצוא 3B001.a.3), ופרוסה הטרו-אפיטקסיאלית של III-V נכללת, אם בכלל, תחת 3C001.d fact; תקנת BIS מ-2024-09-06 הוסיפה את 3C907 רק לשכבות אפיטקסיאליות של צורן או גרמניום מועשרים איזוטופית, ולכן ערימת InAs–Pb אינה נכללת בו G[301]P[818].

תפקיד במחסנית

כל מה שבארכיטקטורה הטופולוגית עומד על הערימה הזו: הקידוד, הקריאה והשער שטרם נבנה יורשים את אי-הסדר שלה. היא אינה מספקת לא שעון ולא נאמנות, רק את התקרה על אלה של כל השאר; העובדה היחידה שלה שנושאת משקל היא שלילית: אין שחזור בלתי תלוי D[22]. אותו סוג כלים מספק מקורות פוטון בודד מנקודות קוונטיות לארכיטקטורה הפוטונית מבוססת-ההיתוך fact. המרשם מונה 4 מכונות המשתמשות בטכנולוגיה, ביניהן Lucy, Belenos, Majorana 1 ו-Majorana 2. האימות כאן הוא אימות חומרים, והוא אינו קיים: חילופי הדברים ב-Nature מ-2026-06-24 חולקים על נתוני הולכה חשמלית מפרוסות של מעבדה אחת, ו-Microsoft אינה מודה בדבר D[22]; אף מעבדה שנייה לא גידלה את ערימת ה-Pb המישורית, אף שב-Copenhagen הושקע Pb אפיטקסיאלי על ננו-תילי InAs כבר ב-2021 Dfact.

שחקנים וכלכלה

מי.
| ארגון | תפקיד | מדינה | מה הם עושים | ראיות |
|---|---|---|---|---|
| Microsoft Quantum | מפתח | ארה״ב | מגדלת את ערימת InAs–Pb ומשתמשת בה; מפעל ב-Lyngby | Pfact |
| DARPA | מממן | ארה״ב | מממנת את שני המשתמשים: השלב הסופי של US2QC, שלב A של QBIT | fact |

כספים. 2025-02-06 · Microsoft · המעבר לשלב הסופי של US2QC · לא פורסם · DARPA · הוכרז fact. 2025-11-13 · Microsoft · מפעל ליבת שבב המיורנה ב-Lyngby (דנמרק) · >DKK 1 bn סך לאומי, ההוצאה של Microsoft לא פורסמה · הוכרז Pfact. 2026-06-16 · Quandela · בחירה לשלב A של DARPA QBIT · הוכרז fact.

שוק ושרשרת אספקה. כורי MBE הם שוק מסחרי קטן, אך הכלי אינו צוואר הבקבוק: המתכון הוא צוואר הבקבוק, והוא אינו למכירה. G3/G4 משלמים על התילים, G6 על מקורות הפוטונים.

קניין רוחני ותקנים. נכון ל-4 בספטמבר 2026 אין ספירת פטנטים מתוארכת הייחודית לתהליך הזה; אף תקן אינו מכסה את הממשקים האלה.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. (שלושה דורות של תילים, InSb–Al 2018 → InAs–Al 2025 → InAs–Pb 2026, שהובטחו כבסיס לסבילות לתקלות עד 2029; מצב ב-4 בספטמבר 2026: החומרים סופקו, לא פורסם מדד של שיעור תקינות) C[215]. המעבדה ב-Lyngby נפתחה כפי שהוכרז; התוצאה שנמשכה מ-2018 היא הסיבה שגורמים מבחוץ מייחסים משקל מופחת לתוצאות המאוחרות יותר.

פרשנות אסטרטגית. כל עוד המתכון נשאר סודי, כל טענה הנשענת עליו אינה ניתנת להפרכה מבחוץ; שחזור בלתי תלוי — בין שיאשר ובין שיפריך — שווה יותר מעוד התקן של Microsoft. הצלחה פירושה ערימה שאיש אינו יכול לספק ממקור שני; כישלון מעביר את הערך אל בסיס ה-InSb.

תחזית ושאלות פתוחות

ניתן להפרכה בתוך 12–24 חודשים: מעבדה חיצונית המפרסמת התקן InAs–Pb מישורי שגודל באופן בלתי תלוי, עם קריאת זוגיות; שיעור תקינות שיפורסם, או מדד אי-סדר שנמדד על התקני ה-Pb של Microsoft ולא על מוטות הול. לאשר על סמך הראשון; בלעדיו המחלוקת אינה ניתנת להכרעה. התרחיש הטוב ביותר: קבוצה אקדמית משחזרת את הערימה; התרחיש הגרוע ביותר: המתכון נשאר קנייני, והארכיטקטורה אינה ניתנת לביקורת עד 2029. פתוח: הפיזור של הפערים הטופולוגיים שמאחורי ~70 µeV של החמישון העליון; שיעור התקינות לפרוסה; האם מישהו מחוץ ל-Microsoft יגדל את ערימת ה-Pb המישורית.

מקורות
  1. [13] Microsoft Azure Quantum, “Interferometric single-shot parity measurement in InAs–Al hybrid devices,” Nature, vol. 638, no. 8051, pp. 651–655, Feb. 2025, doi: 10.1038/s41586-024-08445-2. [D]
  2. [21] M. Aghaee et al., “20 Second Parity Lifetime in an InAs–Pb Tetron Device,” arXiv:2606.03884, Jun. 2026. [D]
  3. [22] H. F. Legg, “On the robustness of topological gap detection via transport,” Nature, vol. 654, no. 8120, pp. E22–E26, Jun. 2026, doi: 10.1038/s41586-026-10567-8. arXiv:2503.08944. [D]
  4. [215] C. Nayak, “Majorana 2 – Microsoft's Scalable Quantum Processor With Reliable, Long-Lasting Qubits,” Microsoft Quantum. [Online]. Available: https://quantum.microsoft.com/en-us/insights/blogs/majorana-2-scalable-quantum-processor [C]
  5. [216] N. van Loo et al., “Single-shot parity readout of a minimal Kitaev chain,” Nature, vol. 650, no. 8101, pp. 334–339, Feb. 2026, doi: 10.1038/s41586-025-09927-7. [D]
  6. [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]
  7. [365] H. Zhang et al., “Quantized Majorana conductance,” Nature, vol. 556, no. 7699, pp. 74–79, Mar. 2018, doi: 10.1038/nature26142. Retracted: Nature, vol. 591, p. E30, Mar. 2021, doi: 10.1038/s41586-021-03373-x. [D]
  8. [818] J. P. Barker et al., “Commerce Implements Export Controls on Semiconductor, Additive Manufacturing, and Quantum Computing Items,” Arnold & Porter, Sep. 10, 2024. [Online]. Available: https://www.arnoldporter.com/en/perspectives/advisories/2024/09/semiconductor-additive-manufacturing-and-quantum-computing [P]