Донорные спины в кремнии на панели карты: Донорные спины

Архитектура в отчёте (§8.3)

8.3.14 Донорные спины — Донорные спины в кремнии (spin_donor)

Идея. Донорный спин (P в ²⁸Si) (donor), записанный атом за атомом водородной СТМ-литографией (СТМ — сканирующий туннельный микроскоп; fab_stm): ядро ³¹P — кубит данных, связанный электрон — его возбуждение, элемент связи и зонд считывания. Используемый факт: у ядра нет орбитальной степени свободы, а значит, нет связи первого порядка с зарядовым шумом, который держит фабричные точки на 99.04–99.56% [D][189]; но каждый вентиль всё равно проходит через электрон, у которого она есть. Ставка (табл. 8.3): самая долгая когерентность в твёрдом теле стоит процесса записи без фабрики.

Что ей нужно. Заполнены девять слоёв из десяти, по одной основной технологии в каждом, альтернативы — в слоях 3 и 5. Донор требует СТМ-размещения, потому что обмен между электронами доноров экспоненциально падает с расстоянием, и донор, смещённый на несколько нанометров, оставляет мёртвый регистр [G]. Обмен требует импульсов в основной полосе частот на затворах; считывание требует зарядового сенсора рядом с электроном; поверхностный код требует 2-D решётки, которую два регистра из четырёх и пяти ядер [D][192] не образуют. Два ребра заменяет — точка vs донор и фабрика vs СТМ — отделяют её от архитектуры квантовых точек; все остальные технологии общие. Слой 9 пуст: разводка архитектуры точек требует КМОП-кристалла-маршрутизатора и крио-КМОП-управления, которых здесь нет, так что большой массив был бы гибридом с архитектурой точек.

Где она стоит. Одна машина, одно устройство: 11-qubit donor processor (Silicon Quantum Computing), продемонстрирована: девять ядерных кубитов ³¹P в двух регистрах с двумя электронными анциллами; электронный CROT 99.64% за 1.25 µs, 3.6×10⁻³ — лучшее в семействе среди устройств (§8.4, H2); однокубитные вентили до 99.99%; GHZ-состояния на восьми ядрах [D][192]. Ядерное эхо Хана достигает 660 ms [P][275]. Код не запускается; считывание неразрушающее, через электрон; управление — при комнатной температуре. Документированы 6 из 10 ячеек. SQC занимает место в QBI Stage B [65], [66]; её дорожная карта не датирует ни одной промежуточной вехи. Флаг: нет фабричного маршрута.

Исключения и заимствования. Одна машина не может проверить, как нарисована архитектура; SQC, не подходящая лучше ни к какой другой архитектуре, поправляет слой 4. Внутри регистра ядра связаны «все со всеми» через общий электрон — звезда, а не решётка; ближайшие соседи есть только между регистрами (слой 4 слишком узок). Ядерные вентили — повороты, обусловленные сверхтонким взаимодействием и возбуждаемые ESR и NMR, а не обменом, который служит только электронному CROT; управление в основной полосе частот исключает такое резонансное возбуждение, и архитектура несёт его как альтернативы — СВЧ / оптические спиновые вентили (g_mwspin) в слое 3 и комнатную электронику (ct_rt) в слое 5, — тогда как ячейки SQC фиксируют только обмен и управление в основной полосе частот. Ячейка разводки фиксирует отсутствующий слот, а не компонент (пробел данных: none). Партнёрство со SkyWater в ячейке производства — не фабричный маршрут: заявленная роль SkyWater — сверхпроводниковые резонаторы и упаковка [C][276], и с 31 июля 2026 она принадлежит IonQ [C][19]. Ни одна другая архитектура не использует донор или СТМ; кодирование на одиночном спине и управление в основной полосе частот повторяются на машинах центров окраски и на Majorana 1 (and Majorana 2).

Следующая проверка. К марту 2028 (§5.2 не называет донорной вехи): донорное устройство больше одиннадцати кубитов или распределение выхода размещения для автоматизированного паттернирования SQC — от часов до минут на устройство из 70 точек и сотни тысяч сформированных точек [C][277] — подтверждает, что шаг записи масштабируется; одиннадцать кубитов и ни одной цифры выхода к тому сроку понижают его до физического стенда. QBI Stage C стала бы первой независимой проверкой.

Что говорят строители. Silicon Quantum Computing делает ставку на чистоту и точность: её процессоры состоят только из атомов кремния и фосфора, что, по словам компании, снижает число ошибок переворота бита (bit-flip) [C][863]; атомы фосфора она размещает с точностью 0,13 нм и утверждает, что качество кубитов растёт по мере добавления новых [C][864]. Её 11-кубитный процессор из двух многоатомных регистров показал точность белловских состояний до 99,5 % как для соседних, так и для удалённых пар ядерных спинов [D][192]. В ноябре 2025 года SQC прошла во второй этап (Stage B) программы DARPA Quantum Benchmarking Initiative и обязалась составить подробный план исследований до 2033 года [C][865] — года, на который на её сайте назначены универсальные отказоустойчивые квантовые компьютеры [R][863].

Машины этой архитектуры (реестр: 1, из них 1 устройств, 1 с вентилями). Silicon Quantum Computing — 11-qubit donor processor (продемонстрирована, 11).

Ячеек вне слотов архитектуры нет — каждая ячейка каждой машины сидит в слоте архитектуры.