→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

ליתוגרפיית מימן ב-STM (תורמים) fab_stm

חוד של מיקרוסקופ מנהור סורק מסיר בדסורפציה את המימן מ-Si(100) שעבר פסיבציה וחושף אתרים בודדים, פוספין מסמם אותם, וצורן אפיטקסיאלי קובר את התורמים — בדיוק אטומי, באופן טורי וללא מקבילה במפעל ייצור.

ליתוגרפיית מימן ב-STM (תורמים)

fab_stm · שכבה 10 ייצור · הודגם · מאז 2012
פתח במפה

מיקום אטומי P תורמים בדיוק אטומי (~3 nm); ייצור ייעודי, טורי, ללא מסלול למפעל ייצור.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

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

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא
ביניים / בלתי תלוי בנושא
(b) זמן · שזירה
—
(c) קריאה
—
(d) ניידות
—
(e) בקרה
—
(f) מבנה השגיאה
פאולי סטוכסטית
(g) ייצור
ליתוגרפיית מימן ב-STM

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

register size → 11 qubits
מגדירה: מספר הקיוביטים ואיכותם · 2025-12 · מקור

הנתון ~3 nm הוא אי-הוודאות במיקום האטום התורם המשולב, הנובעת מסגרגציה ומדיפוזיה בשלב הכימוס — השלב המגביל הוא תרמי, לא ליתוגרפי; ~1 nm אינו נתמך.

רשומות סטנדרטיות

שיעור התקינות של ההתקנים → לא פורסם · הטוב ביותר
No placement yield: the 11-qubit donor register gives engineered geometry but not the fraction of sites with the intended donor count · 2025-12 · מקור [D] ⓘ
פיזור הפרמטרים → 0.077 · הטוב ביותר
SQC donor register: inter-register spacing 'atomically engineered' to 13(1) nm, i.e. ~8% placement spread; 1Q fidelities span 99.10-99.99% · 2025-12 · מקור [D] ⓘ

שחקנים ויעדים — ביאורים

ספיני תורמים בצורן — SQC · G7

קשתות

נחוצה עבור: ספין של אטום תורם (P ב-²⁸Si)·
חלופות: מפעל CMOS של 300 mm (ספינים, CMOS קריוגני, חיווט מוליך-על)
° 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/)
File:Scanning Tunneling Microscope schematic.svg
A coloured schematic drawing of a scanning tunnelling microscope: a sharp tip on a piezoelectric tube over a sample, a tunnelling-current amplifier feeding a distance-control and scanning unit, and an inset of the tip's apex atoms above the sample atoms. Drawn by Michael Schmid and Grzegorz Pietrzak (2020-04-16). The same instrument is used in hydrogen lithography to place single phosphorus donors in silicon for donor-spin qubits; the feedback loop holding the tunnelling current constant is what lets the tip resolve single atoms. “Scanning Tunneling Microscope schematic” by Michael Schmid and Grzegorz Pietrzak, commons.wikimedia.org/wiki/File:Scanning_Tunneling_Microscop…, CC BY SA 2.0 (creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/)
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/)
fab_stm · layer 10 ייצור · centrality 1.7 · demonstrated · since 2012 · updated 2026-09-30

ליתוגרפיית מימן ב-STM (תורמים)

חוד של מיקרוסקופ מנהור סורק מסיר בדסורפציה את המימן מ-Si(100) שעבר פסיבציה וחושף אתרים בודדים, פוספין מסמם אותם, וצורן אפיטקסיאלי קובר את התורמים — בדיוק אטומי, באופן טורי וללא מקבילה במפעל ייצור.

Verdict. אחד-עשר קיוביטים בדיוק אטומי מוכיחים את הפיזיקה; כשיש לתהליך מיישם יחיד, אין כלי הנמכר בשוק ואין תוכנית שפורסמה לכתיבה מקבילית, הוא נשאר תהליך בוטיק, יהיה יעד 2033 אשר יהיה.

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

הרזיסט הוא משטח Si(100) שקשריו מסתיימים במימן. החוד מסיר את המימן מדימרים נבחרים בדסורפציה המעוררת באלקטרונים; פוספין נספח רק על הצורן החשוף; ריפוי משלב את הזרחן בסריג באתרים תחליפיים; אפיטקסיה בטמפרטורה נמוכה קוברת את התוצאה. יצירת תבניות ברזיסט מימן קדמה בשני עשורים לשימוש בה לקיוביטים; קבוצת Simmons ב-UNSW בנתה ב-2012 טרנזיסטור של אטום יחיד D[357], ו-SQC, שמיתגה את זרימת התהליך בשם PAQMan, בנתה ב-2025 מעבד בן 11 קיוביטים D[192].
תכונות: מיקום מהונדס של מסמם טבעי, ללא ניידות וללא שלב בקרה, שגיאת פאולי לאחר הייצור, סוג ייצור שאין לו מקבילה ב-CMOS.

פיזיקה וגבולות

התפוקה היא הרצפה, מסיבה מבנית: חוד אחד מבקר באתר אחד בכל פעם, ולכן התהליך גדל כ-O(N) במספר הקיוביטים, ואילו פוטוליתוגרפיה גדלה כ-O(1) לכל פרוסה. דיוק הרישום במישור, בתוך חלון הדסורפציה, קרוב לקבוע סריג, אך במיקום הסופי של האטום התורם יש אי-ודאות של ~3 nm, הנובעת מסגרגציה ומדיפוזיה בשלבי השילוב והכימוס: השלב המגביל הוא תרמי, לא ליתוגרפי. הפשרה האמיתית היא טמפרטורת הכימוס: טמפרטורה גבוהה דיה לאפיטקסיה טובה מזיזה את התורמים, וטמפרטורה נמוכה דיה כדי להקפיא אותם במקומם מותירה פגמים הגורמים לדה-פאזה של האלקטרון. רק חשיפה מקבילית משנה את חוק ההגדלה.

מצב ההנדסה העדכני

טבלה
שנה נתון מי תג+מפתח
2012 טרנזיסטור האטום היחיד הראשון, על בסיס אטום תורם 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]fact

האיבר השולט: מספר ההתקנים. כל התקן של אטומים תורמים ב-STM מיוצר בנפרד; אין תהליך מקבילי בשום קנה מידה, ולא פורסמה התפלגות של שיעור התקינות של המיקום.

לא פורסם: מדידה ראשונית של התפלגות מיקומי התורמים המשולבים שמאחורי דיוק המיקום של ~3 nm; הסכומים של השקעת Firgun Ventures, של ההסכם עם SkyWater ושל שיתוף הפעולה עם AMD, וחלוקת הסכום הכולל של NRFC, A$60 M, לפי מנות; שיטה למיקום מקבילי של תורמים ב-STM, מאת SQC או כל קבוצה אחרת; וכל הצהרה של SQC על רכישת SkyWater על ידי IonQ.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

אף ספק אינו מוכר כלי מוכן להפעלה למיקום תורמים: הציוד (STM בוואקום על-גבוה, טיפול בפוספין, אפיטקסיה) נמכר בשוק, המתכון — לא, ולכן אי אפשר לרכוש מקור שני. חומר הגלם כבר אינו נדיר: ²⁸Si מועשר מ-ASP Isotopes, ומאז 2026-07-16 גם סילאן של US DOE ב-99.9999% ²⁸Si P[348]. SkyWater מספקת מהודים וזיווד בארה״ב (2025-11-20) C[276], ו-IonQ, ספקית של פלטפורמה מתחרה, סגרה ב-2026-07-31 את רכישת SkyWater תמורת ~USD 1.8 B G[19] — זהו סיכון האספקה החריף ביותר כאן. פיקוח היצוא פוגע בחומר הגלם, לא בכלי: אף מספר סיווג לפיקוח יצוא (ECCN) אינו מכסה ליתוגרפיה ב-STM, אך התקנה האמריקאית מ-2024-09-06 קבעה מספרי 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), ובכך גם הסילאן של US DOE; 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 התקן של אחד-עשר קיוביטים אינו נכלל בו G[301]. העומס בקנה מידה גדול אינו ידוע — אין התקן של יותר מאחד-עשר קיוביטים.

תפקיד במחסנית

שכבת הייצור בארכיטקטורה של ספיני תורמים בצורן: מספקת את נושא הספין של האטום התורם, ובאמצעותו אוגרים המופעלים בשערים דרך הצימוד העל-דק וקריאת ספין-למטען; בשלב המיקום היא מחליפה את ה-CMOS של מפעל הייצור, ומוותרת על תפוקת פרוסות תמורת דיוק שאין שני לו. שום רכיב אחר במחסנית אינו דורש אותה — וזו חולשתה האסטרטגית: פגם כאן אי אפשר לעקוף, ואף טכנולוגיה אחרת אינה מרוויחה מהתקדמות בה. אימות: נתוני הנאמנות של 11 הקיוביטים באים ממאמר אחד של הקבוצה היחידה המיישמת את התהליך D[192] — אין יצרן שני, ויש שלוש הצגות של הנאמנות: בטרום-הפרסום, בכתב העת ובדוח הראשי.

שחקנים וכלכלה

מי.
| ארגון | תפקיד | מדינה | מה בדיוק הם עושים | ראיות |
|---|---|---|---|---|
| SQC | מפתח | אוסטרליה | המיישמת היחידה של מיקום תורמים ב-STM | D[192] |
| SkyWater Technology | ספק | ארה״ב | מהודים וזיווד | C[276] |
| IonQ | ספק | ארה״ב | בעלת SkyWater מאז 2026-07-31 | G[19] |
| NVIDIA | ספק | ארה״ב | חיבור NVQLink; SQC בין 17 בוני המחשבים הקוונטיים | C[531] |
| AMD | ספק | ארה״ב | חומרה לבקרת קיוביטים ולקריאתם, וכוח מחשוב לסימולציה (שיתוף פעולה שהוכרז ב-2026-04-07) | C[358] |

כספים. 2025-11-06 · SQC · שלב 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. 2026-06-11 · SQC · השקעה · סכום לא נמסר · Firgun Ventures · הוכרזה C[358]. 2026-07-31 · IonQ · רכישת הספק SkyWater · ~USD 1.8 B · נסגרה G[19].

שוק ושרשרת אספקה. אין שוק: מפעיל אחד, ואין תהליך מסחרי זמין. העלות לאטום תורם ממוקם לא פורסמה, ולכן אי אפשר לבדוק את כלכלת היחידה מול יעד 2033. תורמת ל-G2 ול-G3; G4 דורש הקבלה שאינה קיימת.

קניין רוחני ותקנים. פטנטי היסוד מקורם בקו של UNSW/Simmons; נכון ל-4 בספטמבר 2026 אין ספירה מתוארכת של משפחות פטנטים ממאגר נתונים מזוהה, ואף תקן אינו מכסה מיקום בדיוק אטומי.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. SQC (2026-06 · קנה מידה מסחרי עד 2033 Rfact · לא הושג, פורסמו אחד-עשר קיוביטים). "הגדלה רציפה" ו"מיליון קיוביטים" מופיעים בחומרי החברה ללא מנגנון שפורסם C[358], ולכן היעד אינו שאפתני אלא בלתי ניתן להפרכה.

פרשנות אסטרטגית. אם תופיע תוכנית לכתיבה מקבילית, עשור של ידע במתכונים יתעצם לכדי חפיר תחרותי של ממש. בלעדיה, הדיוק שהופך את התהליך למושך הוא שמגביל אותו, והערך יעבור למי שיכניס אטומים תורמים לזרימת תהליך של מפעל ייצור.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר/להוריד בדרגה (12–24 חודשים): הודעה מתוארכת על ייצור מקבילי או התקן של יותר מאחד-עשר קיוביטים — מאשרים מסלול אל מעבר לקנה מידה של בוטיק; אם עד 2028 לא יופיע אף אחד מהם — הטכנולוגיה יורדת בדרגה למעמד של כלי לפיזיקה. התרחיש הטוב ביותר ל-2029: יותר מחמישים אטומים תורמים עם שיעור תקינות שפורסם. התרחיש הגרוע ביותר: יכולת של מעבדה יחידה. פתוח: (1) האם חשיפה בכמה חודים או באמצעות תבנית אפשרית; (2) האם הבעלים החדשים של SkyWater ישמרו על הקשר; (3) האם מישהו יפרסם התפלגות של 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]
  8. [531] NVIDIA, “NVIDIA Introduces NVQLink — Connecting Quantum and GPU Computing for 17 Quantum Builders and Nine Scientific Labs,” Oct. 28, 2025. [Online]. Available: https://nvidianews.nvidia.com/news/nvidia-nvqlink-quantum-gpu-computing [C]