Кроссбар с общими линиями (спины)

Raveh Neeman

doi:10.5281/zenodo.22674814

Кроссбар с общими линиями (спины) cx_crossbar

Разделяемые по строкам и столбцам линии плунжеров и барьеров адресуют двумерный массив точек так, что число линий растёт как корень из числа точек, — разводимость покупается ценой гранулярности адресации.

cx_crossbar · слой 4 Связность / транспорт · формируется · с 2023

Открыть на карте

Общие линии плунжерных и барьерных затворов: 23 линии на 16 точек, масштабирование T = 6√g − 1; когерентных операций с кубитами не показано.

Обзор →

Ключевые источники

[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

Пространство проектирования — атрибуты

(a) сродство носителя: искусственный
(b) время · запутывание: —
(c) считывание: —
(d) подвижность: кроссбар с общими линиями
(e) управление: низкочастотное электрическое @ комнатная
(f) структура ошибки: когерентная / калибровочная
(g) производство: КМОП-фабрика 300 mm

Пространство оценки — датированные атрибуты

control lines vs dots (no coherent qubit operation) → 23 lines for 16 dots

определяет: путь масштабирования · 2024-01 · источник

Кроссбар 2024 года (16 точек, 23 линии; основополагающая статья онлайн 2023-08-28) не показал когерентных операций с кубитами. Результат «сработала одна пара из четырёх» относится к индивидуально разведённому 8-кубитному 300 mm устройству imec/Diraq (Nat. Commun. 17, 5878, 2026-07), а не к кроссбару.

Стандартные рекорды

степень связности → 3 · лучшее

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 · источник [D] ⓘ

транспорт на раунд → не опубликовано · лучшее

No syndrome round: the crossbar showed charge control only (tunnel coupling 3-20 GHz), no coherent qubit operation and no shuttling schedule · 2024-01 · источник [D] ⓘ

Участники и цели — аннотации

Кремниевые / германиевые спины в квантовых точках (альтернатива) — Intel, Diraq, Quantum Motion, HRL→IBM, QuTech/Groove, Quobly, Equal1 · G4 G7

Рёбра

нужно: Спин в квантовой точке, формируемой затворами (Si/SiGe, SiMOS, Ge)

альтернативы: Статическая решётка со связью ближайших соседей

конфликтует с:

Обменный вентиль (спины; вкл. CZ на переносимых спинах) открыт — смягчение в масштабе не показано

общие линии vs попарная калибровка обмена

цена одна общая линия управляет многими обменными вентилями сразу, но J меняется от точки к точке из-за беспорядка; 16-точечный кроссбар 2024 г. не показал когерентной работы кубитов

смягчение однородность 300 mm (~1% от прибора к прибору), локальные подстроечные плавающие затворы или полуобщая схема с корректирующими линиями на кубит · 2024-07

° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Не используется ни одной зарегистрированной машиной

Иллюстрации

У каждой иллюстрации — рассказ о том, что на ней, и строка авторства.

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 · слой 4 Связность / транспорт · центральность 5.7 · формируется · с 2023 · обновлено 2026-09-30

Кроссбар с общими линиями (спины)

Разделяемые по строкам и столбцам линии плунжеров и барьеров адресуют двумерный массив точек так, что число линий растёт как корень из числа точек, — разводимость покупается ценой гранулярности адресации.

Вердикт. Снимает стену разводки на бумаге и в чипе на 1 058 узлов, но ни один кроссбарный массив не опубликовал ни двухкубитного вентиля, ни цифры перекрёстных наводок, ни независимого воспроизведения.

Ключевые источники

Λ = коэффициент подавления ошибки на шаг кодового расстояния; QBI = DARPA Quantum Benchmarking Initiative (Stage A — концепция → B — план НИОКР → C — государственная V&V); G1–G7 = классы целей отчёта (см. «Участники и экономика»).

Сущность и происхождение

Кроссбар разделяет линии затворов по строкам и столбцам массива точек: сетке n×m нужно O(n+m) линий, а не O(nm), ценой того, что каждый импульс доходит до каждой точки на линии. Селективность обеспечивается компенсацией перекрёстных ёмкостей и разбросом рабочих точек между тайлами: адресация превращается в калибровку. Для спиновых кубитов схему предложили Li и соавт. (QuTech, Sci. Adv. 2018); впервые её продемонстрировали Borsoi и соавт. (группа Veldhorst, QuTech/TU Delft): 16 германиевых точек на 23 линиях, публикация в январе 2024 D[520]. Атрибуты: связность — разделяемая адресация по строкам и столбцам, носитель неподвижен; управление и ошибка — низкочастотное возбуждение из комнатной температуры, когерентные перекрёстные помехи по разделяемой линии поверх обычного зарядового шума, изготовление по КМОП.

Физика и пределы

Число линий подчиняется показателю Рента около 0.5: T = 6√g − 1 выводов на g точек D[520] и n+m+7 = 53 линии для массива QARPET 23×23 ёмкостью 1 058 узлов при плотности 2×10⁶ тайлов/mm² D[521]. Связывающее ограничение — однородность, а не разводка: одно разделяемое напряжение должно одновременно попасть в рабочее окно каждого тайла, поэтому разброс порогов задаёт, сколько тайлов способна обслужить линия. 38 адресуемых тайлов из 40 в QARPET показывают T2* 4.43–5.75 µs и T2 по эху Хана 10.11–12.69 µs — сопоставимо с германиевыми устройствами с индивидуальной разводкой: разделение линий не стоит когерентности D[521]. Добавляет же оно когерентную ошибку, коррелированную вдоль целой строки или столбца, — ровно ту структуру, отсутствие которой декодеры принимают за данность. Демультиплексирование на кристалле сдвинуло бы этот пол.

Достигнутый инженерный уровень

таблица

Год	Показатель	Кто	Тег
2024-01	16 точек на 23 разделяемых линиях, нечётное заполнение во всех узлах	QuTech/TU Delft	D[520]
2026-02-12	53 линии, 23×23 тайла, ёмкость 1 058 узлов; измерено 40 тайлов, адресуемы 38	QuTech/TU Delft	D[521]

Доминирующий член: охват адресации. Ни одно из устройств не опубликовало двухкубитного вентиля по разделяемой линии.

Не опубликовано: значение перекрёстных помех по общей линии ни для одного кроссбар-массива; конфликт с попарной калибровкой обменного взаимодействия следует из схемы адресации, а не из измерения.

Производство, материалы и цепочка поставок

Оба устройства — гетероструктуры Ge/SiGe, изготовленные в университетской чистой комнате, а не на 300 mm линии, и ни одна фабрика не анонсировала кроссбарного шага техпроцесса по состоянию на 4 сентября 2026 г.; ближайшая поименованная компетенция — подразделение Quantum Technology Solutions в GlobalFoundries с криогенными управляющими ИС и корпусированием C[353]. Нагрузка на управление здесь и есть суть дела, а её цена всплывает в виде секвенирования: за раз выбираются одна строка и один столбец, поэтому на 10³ тайлах параллельная работа требует декодирования на кристалле, а на 10⁴–10⁶ стеной становится полоса адресации, а не число разъёмов. Демультиплексор внутри массива до сих пор не продемонстрирован.

Роль в стеке

Требует носителя «спин в квантовой точке, задаваемой затворами»; заменяет разводку «одна линия на электрод»; конфликтует с калибровкой обмена для каждой пары, поскольку разделяемый барьер не может одновременно подать независимо настроенный импульс на все пары. Относится к архитектуре «спины на квантовых точках кремния и германия». Его вклад в такт — секвенирующий множитель к производному такту = сумма раунда синдрома: слои вентилей + транспорт + считывание + сброс (здесь 8.5 µs, задан считыванием), не измеренный ни в одной публикации. Верификация: 1 058 — это ёмкость по узлам, а не число кубитов, и ни один кроссбар не опубликовал двухкубитной точности (fidelity), цифры перекрёстных наводок или воспроизведения. Часто цитируемый здесь результат «работают только некоторые пары» — вентиль выполнен на одной паре из четырёх на восьмикубитном 300 mm устройстве imec D[197] — получен на индивидуальной разводке, а не на кроссбаре.

Участники и экономика

Кто.
| Организация | Роль | Страна | Что именно делает с технологией | Свидетельство |
|---|---|---|---|---|
| QuTech/TU Delft | исследования | Нидерланды | Изготовили оба кроссбарных устройства, включая QARPET | D[521] |
| Groove Quantum | разработчик | Нидерланды | Коммерциализирует платформу германиевых точек | факт |
| GlobalFoundries | поставщик | США | Криогенные управляющие ИС и корпусирование | C[353] |
| Quantum Machines | поставщик | Израиль | Аппаратура секвенирования для адресации по разделяемым линиям | C[449] |

Деньги. 2026-04-30 · Groove Quantum · венчурный раунд · €16 M · инвесторы не раскрыты · €26 M накопленным итогом · закрыт факт. 2026-05-21 · GlobalFoundries · письмо о намерениях по CHIPS · $375 M · US Commerce · необязывающее факт.

Рынок и цепочка поставок. Поставщика оборудования, специфичного для кроссбаров, не существует; схема задаёт, сколько линий в криостате нужно массиву, и тем самым делает криогенные управляющие ИС спорным слоем C[353]. Работает только на G3 и G4 — ниже ~10³ точек индивидуальная разводка дешевле и лучше охарактеризована.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Датированного патентного семейства по кроссбарам в поименованной базе по состоянию на 4 сентября 2026 г. не найдено; принцип разделяемой линии — это адресация по словарным линиям в серийной памяти, давно вышедшая из-под патентов.

Дорожные карты и послужной список. QuTech (2026-02-12 · QARPET как общий чип для бенчмаркинга · поставлен, дорожной карты масштабирования нет) D[521]. Дорожная карта Diraq до 2029 не называет никакой схемы разводки Rфакт. Демонстрации скромны и изложены честно; ни один поставщик не взял на себя обязательств по кроссбару.

Стратегическое прочтение. Если кроссбары масштабируются, рычаг влияния сместится от поставщиков стоечной электроники к той фабрике, которая сумеет разместить демультиплексоры при милликельвинах; если однородность их заблокирует, победит разводка «одна линия на кубит» с холодным мультиплексированием — маршрут HRL/IBM, — и стоечные поставщики сохранят свои позиции.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить или понизить в статусе за 12–24 месяца: два тайла, на которых вентили выполнены независимо через одну разделяемую линию; опубликованная цифра перекрёстных наводок; кроссбарный шаг техпроцесса на фабрике к 2027. В лучшем случае к 2029: демультиплексирование на кристалле адресует >10⁴ точек сотнями линий. В худшем случае: кроссбары остаются демонстрацией разводимости, а побеждает холодное мультиплексирование при разводке на каждый кубит. Открыто: (1) какая доля тайлов остаётся адресуемой по мере роста массивов; (2) ломает ли коррелированная по строкам ошибка допущения декодеров; (3) укладываются ли демультиплексоры в милликельвиновый бюджет мощности.

Литература

[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]
[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]
[449] Quantum Machines, “Semiconductor Spin Qubits,” Aug. 11, 2026. [Online]. Available: https://www.quantum-machines.co/qubit-types/semiconductor-spin-qubits/ [C]
[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]
[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]