Литография сверхпроводниковых кубитов (переходы Al/AlOx/Al, разводка из Nb, 300 mm) fab_sc

Джозефсоновский переход — это два сверхпроводника, разделённые оксидным барьером толщиной ~1–2 nm, площадь и степень окисления которого фиксируют критический ток, а значит, и частоту кубита. Данный узел — техпроцесс, формирующий такие переходы и их ниобиевую разводку в масштабе пластины, а не сам кубит. Происхождение: электронно-лучевые переходы Al/AlOx/Al по методу мостика Долана из трансмона 2007 года (Koch et al., Yale), затем иммерсионная литография 193 nm и травление на линиях КМОП D[293].

Атрибуты. Сродство к носителю 1.0 — полностью изготавливаемый объект: сам производственный шаг, без носителя, подвижности, считывания и управления. Производство — ниобиевая разводка и переходы Al/AlOx на кремнии или сапфире 200→300 mm; ошибка, передаваемая ниже по стеку, когерентна (смещение частоты, коллизия), а не стохастична.

Соотношение Амбегаокара — Баратоффа связывает критический ток с сопротивлением в нормальном состоянии, а f₀₁≈(√8E_JE_C-E_C)/h, поэтому разброс R_n доходит до частоты с половинным весом. imec измерила ~8% относительного СКО (RSD) сопротивления переходов по 300-mm пластине (7 872 тестовые структуры) и ~4% в пределах кристалла — обе цифры для крупных переходов; при размерах кубитных переходов добавляется разброс площади, и частоты кубитов разбросаны на 5–7% RSD, то есть на 10–14% по сопротивлению D[293]. Это проблема решётки, а не отдельного прибора: соседи с фиксированной частотой обязаны обходить окна коллизий шириной в десятки MHz на кубите ~5 GHz, поэтому разброс 5% (≈250 MHz, 1σ) в масштабе решётки не оставляет никакого бесколлизионного выхода годных. Подгонка здесь — предварительное условие, а не оптимизация: отжиг с поддержкой знакопеременным смещением (ABAA) меняет сопротивление перехода более чем на 70% и выводит на цель 97.4% переходов D[294].

Второй пол — диэлектрические потери: аморфный AlOx и межслойные оксиды содержат двухуровневые системы (TLS), ограничивающие T₁ на уровне от десятков до низких сотен µs. Приборы imec на 300 mm дают медианное T₁ 75 µs, лучшее 161 µs, лучшее T_2e 245 µs — при градиенте 42–113 µs от центра пластины к краю, который является сигнатурой процесса, а не разбросом D[293]. TLS дрейфуют на масштабе часов, а всплески квазичастиц задают пол, до которого литография не дотягивается Dфакт. Сдвигают его эпитаксиальные барьеры и базовый металл Ta/Nb; перестраиваемые элементы связи смягчают частотные коллизии первого пола, а не потери.

Лучший результат на настоящей 300-mm линии КМОП: работоспособны 393 кубита из 400 D[293] — но при указанном выше разбросе частот, так что подгонка или перестраиваемость ниже по стеку всё равно необходимы.

Доминирующее слагаемое ошибки — когерентная ошибка частоты: разброс, коллизии, дрейф. Ограниченное TLS время T₁ — то, что техпроцесс убрать не может.

Большинство опубликованных кубитов до сих пор изготавливается теневым напылением через мостик Долана; маршрут КМОП означает литографию 193i, реактивное ионное травление, ниобиевую разводку, сквозные отверстия TSV и столбиковые соединения. Его преимущество — статистика и производительность, а не когерентность: медианное T₁ у imec соответствует приборам электронно-лучевой литографии, её метрология — нет. Отраслевая пресса называет прирост выпуска приборов примерно в 30× по сравнению с 200 mm; в собственном релизе IBM никакого множителя не приводится P[299]. Оборудование ничем не примечательно, поэтому дефицитный актив — рецепт процесса и способность к подгонке; единые точки отказа — мощности по криостатам, высокоомный кремний и сапфир, а также экспертиза травления ниобия, общая с цепочкой быстрой одноквантовой логики (БОК). Стоимость пластины назвать нельзя. Экспортная уязвимость косвенная: правило BIS от 2024-09-06 контролирует криогенные зондовые установки для пластин (3B904), криогенную электронику ниже 4.5 K (3A901) и квантовые компьютеры по числу кубитов и ошибке C-NOT вместе, от 34 кубитов при ≤ 10⁻⁴ до любой ошибки начиная с 2 000 кубитов (4A906) факт, но литографию переходов не называет ни один ECCN G[301].

Собственных управления и считывания у узла нет; он задаёт потолок, в который упираются другие, — через плотность вывода трасс (escape density) и точность попадания в частоту. Текущую границу задаёт корпус OQC: >500 кубитов на одном кристалле, коаксиальные выводы из плоскости, ни одной проволочной разварки, 56 ячеек мультиплексирования считывания «девять в один» — и, в той конфигурации, в которой велись измерения, ни одной индивидуальной линии управления на кубит P[311], так что это результат по корпусированию, а не процессор. При 10³ на кристалл ограничением являются коллизии; при 10⁴ — плотность вывода и разводка, на что и нацелен Loon C[49]; при 10⁶ изготовленного проекта не существует.

Корневой узел сверхпроводникового семейства: сверху он не требует ничего и обеспечивает трансмон, флаксониум, потоковый кубит на ВЧ-СКВИДе и планарные бозонные моды, а также дальнодействующие элементы связи c-coupler, управление на БОК-логике при милликельвиновых температурах, мультиплексирование потоковыми ЦАП (flux-DAC), вертикальный подвод сигналов, многокристальную сборку, многокристальные модули с элементами связи l-coupler и криогенные СВЧ-линии связи. Обслуживаемые архитектуры: трансмон, бозонные кошачьи коды/коды Готтесмана–Китаева–Прескилла (GKP), двухрельсовое стирание (erasure), отжиг. Для бозонной моды он — планарная альтернатива механически обработанным объёмным резонаторам. Входящая степень связности равна нулю, зато его исходящая степень — самая широкая в семействе, и каждый нижележащий узел наследует его разброс и его выход годных. В производный такт он ничего не добавляет (производный такт = сумма раунда синдрома: слои вентилей + транспорт + считывание + сброс, 0.65 µs на решётке трансмонов), но ограничивает, сколько кубитов до этого такта доберётся.

Частота предсказывается по сопротивлению перехода через соотношение Амбегаокара — Баратоффа и затем подтверждается спектроскопически после корпусирования, поэтому значимой статистикой является RSD величины R_n — которую не публикует никто, кроме imec D[293]. RB, XEB и cycle benchmarking измеряют уже откалиброванную решётку и слепы к отбракованным кристаллам и к частоте коллизий до подгонки. Величина 97.4% у ABAA — это доля успешных попаданий в цель в оптимизированном исследовании, а не оценка худшего случая D[294]. Цифры OQC получены на подвыборке: считывание по 54 позициям из более чем 500, 105/108 работоспособны на охарактеризованном подмножестве P[311]. Противоречие: аннотация OQC даёт медиану ~100 µs для T₁ и T_2e вместе, а основной текст — T₁ 97 µs и T_2e 129 µs по 105 кубитам P[311].

Релиз IBM от 2026-05-21 представляет Anderon как письмо о намерениях при условии подписания окончательных документов, и о подписании к 4 сентября 2026 г. не объявлено, однако релиз IBM о HRL от 2026-08-26 уже называет Anderon «its quantum wafer foundry». «≈30× больше устройств по сравнению с 200 мм» встречается только в отраслевой прессе [299]; собственный релиз IBM кратности не называет. Подсчёты PatSnap по H10N 60 [312] — это патентные записи по всему портфелю. Не опубликовано: стоимость на пластину или на кубит для какой-либо 300-мм линии сверхпроводниковых кубитов; датированное патентное семейство, специфичное для литографии переходов Nb/Al на 300 мм; является ли покупка Google в Голете производственной мощностью и каков диаметр пластин её фабрики в Санта-Барбаре [805]; совпадает ли стек ниобиевой разводки 300-мм линии imec, использующей перекрывающиеся переходы Al/AlOx/Al, с подходом IBM.

Деньги.

• 2026-05-21 · Anderon · письмо о намерениях по CHIPS плюс доля IBM · $1 B по CHIPS + $1 B от IBM деньгами и ИС · US Dept of Commerce · в рамках $2.013 B на девять компаний · письмо о намерениях, не исполнено G[798]факт
• 2026-05-21 · GlobalFoundries · письмо о намерениях по CHIPS, мультимодальная фабрика · $375 M · US Dept of Commerce · — · письмо о намерениях G[300]
• 2026-06-02 · IBM · обязательство по квантовому направлению в целом · >$10 B за 5 лет · — · объявлено C[57]
• 2026-08-26 · IBM · завершено поглощение HRL с упоминанием сотрудничества с Anderon · сумма не раскрыта · — · завершено C[204]

Рынок и цепочка поставок. По состоянию на 4 сентября 2026 г. ни одна контрактная фабрика сверхпроводниковых кубитов не работает: 300-mm линии с опубликованными кубитными данными — это кэптивная линия IBM в Albany и исследовательский пилот imec, Google изготавливает кубиты на собственной фабрике в Santa Barbara с неопубликованным диаметром пластин P[805], а предполагаемая контрактная линия финансируется крупнейшим конкурентом своих будущих заказчиков. Связывающие дефициты — мощности по криостатам и технологическое ноу-хау, а не оборудование; удельную экономику назвать нельзя. Напрямую оплачивают G3 и G4, косвенно — G7; G1, G2, G5 и G6 не финансируют ничего.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Обзор PatSnap от 2026-06-30 насчитывает у IBM 783, а у Google 357 патентных записей в области сверхпроводниковых приборов (МПК H10N 60) P[312]факт. Ни одно патентное семейство, специфичное именно для литографии переходов на 300 mm, не имеет названного правообладателя и года; никакой орган по стандартизации эти процессы не регулирует.

Дорожные карты и послужной список. Anderon (обещано 2026-05-21 · фабрика, обслуживающая вендоров по всему миру · статус на 2026-09-03: только письмо о намерениях, при том что релиз IBM от 2026-08-26 уже называет её «своей квантовой фабрикой пластин») G[798]C[204]. Rigetti/ABAA (2024-08 · серийное попадание в целевую частоту · применяется в 108-кубитном продукте, у которого целевой показатель двухкубитной точности 99.5% сдвинулся на «более поздний период 2026 года») D[294]C[36]. Производственные вехи IBM выдерживаются по срокам; у её обещания открытого коммерческого доступа послужного списка нет.

Стратегическое прочтение. Если 300-mm производство сверхпроводниковых кубитов масштабируется, IBM выигрывает дважды: как вертикально интегрированный игрок и как арендодатель мощностей для всех остальных. Fabless-вендоры выигрывают лишь при наличии нейтральной фабрики, которой не существует. Проигрывают те вендоры, чьё отличие — мастерство изготовления, а не архитектура. Угроза здесь — захват, а не замещение: этот узел нужен каждой сверхпроводниковой архитектуре, и у поставщиков оборудования нет переговорной силы против его владельца.

Подтвердить к концу 2027 г., если Anderon подпишет окончательные документы по CHIPS и изготовит продукцию для названного заказчика, не являющегося IBM; понизить трактовку «контрактная фабрика», если появятся только проекты IBM. В лучшем случае к 2029 г.: две и более независимых 300-mm линии с опубликованной межфабричной однородностью и остаточным разбросом частоты после подгонки ниже 1% RSD. В худшем случае: Anderon остаётся кэптивной. Открытые вопросы: опубликует ли хоть одна линия выход годных по коллизиям после подгонки; способны ли эпитаксиальные барьеры поднять медианное T₁ выше 200 µs; появится ли контрактная линия в Европе или Азии?