← Quantum Technology AtlasТехнологии · Машины · Архитектуры · ОрганизацииEnglishעברית

Криогенная разводка сигналов для спиновых массивов (кристалл-маршрутизатор, 3D многослойная разводка) ic_fanout

Милликельвиновый кристалл-маршрутизатор, мультиплексор на кристалле или 3-D многослойная разводка, превращающие несколько холодных входных линий в десятки–тысячи напряжений на затворах, которые нужны массиву спиновых кубитов.

Криогенная разводка сигналов для спиновых массивов (кристалл-маршрутизатор, 3D многослойная разводка)

ic_fanout · слой 9 Межсоединение · формируется · с 2025
Открыть на карте

Милликельвиновый маршрутизатор (Pando Tree Intel с разводкой на 64 канала), 3D многослойная криогенная разводка или маршрутизация на кристалле, ведущие спиновый массив от десятков к тысячам линий затворов — слой межсоединения, для которого у спиновых путей не было слота.

Обзор →

Ключевые источники

[761] L. M. K. Vandersypen et al., “Interfacing spin qubits in quantum dots and donors—hot, dens… · 2017
[762] R. Li et al., “A Crossbar Network for Silicon Quantum Dot Qubits,” Sci. Adv., vol. 4, Art.… · 2018
[763] S. Schaal et al., “A CMOS dynamic random access architecture for radio-frequency readout o… · 2019
[764] B. P. Wuetz et al., “Multiplexed quantum transport using commercial off-the-shelf CMOS at … · 2020
[272] S. Subramanian and S. Pellerano, “Intel's Millikelvin Quantum Research Control Chip Provid… · 2024

Пространство проектирования — атрибуты

(a) сродство носителя
искусственный
(b) время · запутывание
—
(c) считывание
—
(d) подвижность
статическая разводка ближайших соседей
(e) управление
низкочастотное электрическое @ ступень 4 K / милликельвиновая ступень
(f) структура ошибки
когерентная / калибровочная
(g) производство
КМОП-фабрика 300 mm

Пространство оценки — датированные атрибуты

нет датированных атрибутов

Показатели — число каналов на кристалл и тепловая нагрузка на линию; межмодульной связи пока нет.

Участники и цели — аннотации

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

Рёбра

нужно: КМОП-фабрика 300 mm (спины, крио-КМОП, сверхпроводниковая разводка), Крио-КМОП-контроллер (4 K / mK)
альтернативы: Многокристальные модули / l-couplers (один криостат)
° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Используют 4 машин (4 основная · 0 альтернатива)

↗ карточка реестра · статья / продукт / пресса: ссылки, где машина названа (атрибуция проверена 20 сентября 2026)

Иллюстрации

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

Fig. 5 — Extended Data Fig. 1: Integrated QPU. The motherboard (vertical) houses the cryo-controller and the daughterboard (horizontal) hosts the qubit chip.…
Photograph of a cold hardware assembly for a silicon spin-qubit processor, at the scale of a few tens of centimetres. From arXiv paper 2604.16216 by the HRL Quantum Team; the caption says the vertical motherboard houses the cryogenic controller and the horizontal board, inside the light-tight gold box at the bottom, holds the qubit chip, the two joined by a superconducting ribbon cable hidden behind the board. The caption also notes this is a slightly earlier hardware generation. It shows a cryogenic controller placed right beside the qubits, fed by a few flex and coaxial cables; the chips themselves are covered. “Fig. 5 — Extended Data Fig. 1: Integrated QPU. The motherboard (vertical) houses the cryo-controller and the daughterboard (horizontal) hosts the qubit chip. A…” by Members of the HRL Quantum Team et al., arxiv.org/abs/2604.16216, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
ic_fanout · слой 9 Межсоединение · центральность 6.6 · формируется · с 2025 · обновлено 2026-09-30

Криогенная разводка сигналов для спиновых массивов (кристалл-маршрутизатор, 3D многослойная разводка)

Милликельвиновый кристалл-маршрутизатор, мультиплексор на кристалле или 3-D многослойная разводка, превращающие несколько холодных входных линий в десятки–тысячи напряжений на затворах, которые нужны массиву спиновых кубитов.

Вердикт. Компоненты существуют — 64-выводной Pando Tree от Intel, мультиплексированный чип Quantum Motion на 1 024 точки, демультиплексор Delft на 648 приборов, — но по состоянию на 2026-09-26 не опубликовано ни одной точности вентиля, измеренной через милликельвиновый маршрутизатор, а при дельфтских ~1.25 µW на одно сгенерированное напряжение милливатт милликельвинового охлаждения держит ~800 напряжений: 10³ кубитов — только с разделяемым управлением.

Ключевые источники

MXC = камера смешения (mixing chamber), самая холодная ступень рефрижератора; SET = одноэлектронный транзистор (single-electron transistor); DRAM = динамическая память с произвольным доступом; FinFET = полевой транзистор с плавником (fin field-effect transistor); 22FDX = 22 nm техпроцесс GlobalFoundries на полностью обеднённом кремнии-на-изоляторе; PDK = комплект для проектирования под техпроцесс (process design kit); правило Рента T = t·g^p (T — число выводов, g — число компонентов, t — выводов на компонент, p — показатель Рента); G1–G7 = классы целей отчёта (см. «Участники и экономика»).

Сущность и происхождение

Каждый затвор спинового кубита — это линия. Разветвление (fan-out) доводит немногие линии, которые несёт рефрижератор, до этих затворов: кристалл-маршрутизатор на MXC (Intel), мультиплексоры на кристалле кубитов (Quantum Motion, Equal1) или кубитный чип и управляющая электроника, собранные в вертикальный стек (Hitachi). Vandersypen et al. (2017) сочли разводку ~10⁸ кубитов при температуре ниже 100 mK до комнатной температуры «непрактичной» и поместили электронику рядом с кубитами D[761]. Li et al. сделали линии разделяемыми — «линии управления задают сетку кубитов» D[762]; Schaal et al. и Paquelet Wuetz et al. поместили КМОП-ключи при милликельвинах D[763]D[764]. Intel описала Pando Tree 2024-06-20 C[272]; первая датированная запись реестра по разветвлению относится к 2025 году.
Атрибуты: статическое межсоединение; низкочастотные сигналы при mK и 4 K; когерентная ошибка; изготовление по КМОП.

Физика и пределы

Линии. В 2019 году каждая платформа подводила линии к каждому кубиту напрямую, p = 1, против 0.36 у процессоров x86 от Intel; в примере Franke et al. каждый добавленный спиновый кубит стоит двух затворов, t = 2 D[765], — 2×10⁶ линий при g = 10⁶. Кроссбар даёт T = 6√g − 1, т. е. 23 вывода на 16 точек D[520], ~6×10³ при 10⁶ S. При шаге затворов 90 nm D[197] разводка должна выполняться на кристалле или рядом с ним.
Тепло. Большие рефрижераторы растворения дают «свыше 1 mW при 100 mK» D[761]. Delft сгенерировал и демультиплексировал 96 напряжений на 648 приборов при 66 mK, затратив менее 120 µW D[552]: ~1.25 µW на напряжение, так что милливатт держит ~800 — ~400 кубитов с прямой разводкой или ~1.8×10⁴ точек кроссбара S. Переключение стоит ∝ C·V²·f: стробирование коммерческих мультиплексоров на 8 kHz подняло ступень 50 mK до 130 mK D[764]. Демультиплексор обходит выводы по очереди, и каждый тем временем удерживает заряд — ячейка Schaal хранит его на затворе точки, как ячейка DRAM «один транзистор — один конденсатор» D[763], — так что частота регенерации (refresh) разменивает просадку удерживаемого напряжения (droop) на тепло S.

Достигнутый инженерный уровень

таблица
Год Показатель Кто Тег+ключ
2020-05-19 Коммерческие КМОП-мультиплексоры при 50 mK: 16 каналов × 6 линий QuTech / Intel D[764]
2023-08-28 Германиевый кроссбар на 16 точек, 23 вывода QuTech D[520]
2024-05-01 Криозонд для пластин 300 mm: 232 двенадцатиточечных массива, электронная температура 1.6 ± 0.2 K Intel D[766]
2024-06-20 Pando Tree: смещение и импульсы на 64 вывода, 10–20 mK Intel C[272]
2025-01-03 1 024 точки на одном мультиплексоре на кристалле, 22FDX, <1 K, картирование за <10 min Quantum Motion D[767]
2025-03-16 Bell-1, в 2026 году переименованный в RacQ: шесть кубитов и управление в одной стойке, 0.3 K, 1 600 W Equal1 C[768] факт
2025-07 648 приборов от 96 напряжений, 66 mK, <120 µW, 22 nm FinFET TU Delft / Intel D[552]

Ни одна строка не является бенчмарком вентилей через маршрутизатор: Pando Tree делит печатную плату с чипом Tunnel Falls C[272], и по состоянию на 2026-09-26 ни одной точности, измеренной через него, не найдено. Ближайшее: 32-ячеечный милликельвиновый импульсный чип, стоящий ~0.07% однокубитной точности D[551], — генерация, а не маршрутизация. Доминирующий член: тепло на одно адресуемое напряжение.

Производство, материалы и цепочка поставок

Кристаллы-маршрутизаторы — это фабричный КМОП, работающий на холоде: 22 nm FinFET от Intel для Delft D[552], 22FDX для Quantum Motion D[767] и Equal1 C[273], Intel 18A для квантового PDK Hitachi — «первый такой интерфейс для техпроцесса класса 1.8nm» P[769]. Tunnel Falls сходит с линии 300 mm с литографией в экстремальном ультрафиолете D[199]. Конкурируют три маршрута: отдельный кристалл-маршрутизатор (Intel), монолитные мультиплексоры (Quantum Motion, Equal1) и «вертикальное стекирование кубитных чипов и управляющей электроники» (Hitachi) P[769]. Холодное тестирование пластин служит воротами для всех трёх — опубликованный пример — криозонд Intel D[766], — а пилотная линия SPINS в imec добавляет прогоны спиновых кубитов на 300 mm, PDK и крио-КМОП C[770]. Выход годных маршрутизаторов и соединений по состоянию на 2026-09-26 не опубликован.

Управление, считывание и нагрузка на ввод-вывод

Pando Tree подаёт «как постоянное напряжение смещения, так и высокоскоростные импульсы напряжения на число выводов кубитов до 64» из девяти цифровых сигналов и одной линии от 4 K-контроллера Horse Ridge II C[272]: десять линий на 32 кубита при двух выводах на кубит (t = 2), ~0.3 линии на кубит S. Цифра реестра 0.0156 линии на кубит учитывает только аналоговую линию и принимает выводы за кубиты S. «Примерно 20 кабелей» от Intel на миллион кубитов C[272] по состоянию на 2026-09-26 не сопровождаются ни бюджетом тепла, ни бюджетом полосы. Считывание тоже сводится (fan-in): Diraq считывает восемь кубитов через два SET D[197]. При 1.25 µW на напряжение и двух выводах на кубит S 10³ кубитам нужно ~2.5 mW при прямой разводке и ~0.2 mW на кроссбаре; 10⁶ кубитам — ~2.5 W, или ~7.5 mW при разделяемых линиях, — лишь сочетание приближается к бюджету одного рефрижератора.

Роль в стеке

Слот 9 — единственная запись слоя 9 — архитектуры Кремниевые / германиевые спины в квантовых точках. Он требует fab_cmos (фабричный КМОП) — «КМОП-кристалл-маршрутизатор при криогенной температуре» — и ct_cryocmos (криогенное КМОП-управление), который генерирует то, что маршрутизирует эта технология; cx_crossbar (слой 4) разделяет линии внутри массива. Ребро даёт не записано. Его заменяет ic_mcm (связанные многочиповые модули); по состоянию на 2026-09-26 ни у одной из спиновых архитектур нет межмодульной связи. Его несут четыре машин реестра (4 — как основную технологию): Tunnel Falls, Hitachi × Intel 18A, RacQ (Bell-1) и QM-One — ровно те, чьи производители называют конкретное изделие. Ячейка Tunnel Falls — ✅, по демультиплексору Pando Tree; остальные выведены косвенно и помечены 🔎. Пробел G-spinl9 закрыт частично: слот 9 архитектуры квантовых точек теперь занимает эта технология — предложенный ic_router; слот 9 архитектуры донорных спинов по-прежнему пуст.

Свидетельства — как измерены числа

Показатели качества — каналы на кристалл, тепло на линию на MXC, просадка удерживаемого напряжения, частота регенерации, перекрёстные помехи при переключении — не стоят ни в одной ячейке реестра. Данные есть только на уровне компонентов: удерживаемые напряжения в Delft дрейфуют от 60 µV/s до 18 mV/s D[552] — медленная когерентная ошибка, которую рандомизированный бенчмаркинг усредняет S; криозонд и чип на 1 024 точки измеряют приборы, а не вентили D[766]D[767]. Страница Equal1 указывает среднюю двухкубитную точность 99.3% C[273]; реестр приводит её рядом с 98.4% из обзора в прессе; ни та, ни другая цифра не называет стоящего за ней разветвления. Отсутствуют по состоянию на 2026-09-26: бенчмарк через милликельвиновый маршрутизатор и рассеиваемая мощность Pando Tree.

Не опубликовано: техпроцесс Pando Tree компании Intel и какая-либо точность кубитов, измеренная через него, а также планы по разветвлению у SQC, Quobly и Groove Quantum.

Участники и экономика

Кто.
Организация Роль Страна Что именно они делают с этой технологией Свидетельства
Intel разработчик США Маршрутизатор Pando Tree; криозонд для пластин 300 mm C[272]D[766]
Hitachi разработчик Япония Кубитные чипы и управление в вертикальном стеке; PDK на 18A P[769]
Quantum Motion разработчик Великобритания Мультиплексор на кристалле 1:1 024; тайлы с управлением и считыванием на кристалле D[767]C[200]
Equal1 разработчик Ирландия Кубиты и управляющая электроника на 22FDX при 0.3 K C[273]
TU Delft / QuTech исследования Нидерланды Милликельвиновое демультиплексирование; германиевый кроссбар D[552]D[520]

Деньги.

  • 2026-01-15 · Equal1 · раунд под руководством Ireland Strategic Investment Fund, система «на одном чипе» · USD 60 M · объявлено C[771]
  • 2026-03-18 · Rhonexum · pre-seed под руководством QDNL Participations · USD 1 M · объявлено P[560]
  • 2026-04-03 · консорциум во главе с imec · пилотная линия SPINS, софинансирование EU Chips Joint Undertaking · EUR 50 M · запущено C[770]
  • 2026-05-07 · Quantum Motion · раунд серии C, разветвление не названо · USD 160 M · объявлено C[355]

Рынок и цепочка поставок. Разветвление покупается вместе с кристаллом кубитов; единственный найденный независимый участник рынка, лозаннская Rhonexum, находится на стадии pre-seed P[560]. Дефицитные входы — холодные модели приборов, холодное тестирование пластин, слоты на фабриках — общие с ct_cryocmos. Работает на G4 и G7 на архитектуре квантовых точек.

Интеллектуальная собственность и стандарты. По состоянию на 2026-09-26 нет ни количества патентов по разветвлению из названной базы данных, ни стандарта интерфейса; ближайшие артефакты — PDK: у SPINS C[770] и планируемый комплект Hitachi под 18A P[769].

Дорожные карты и послужной список. Intel: ~20 кабелей на миллион кубитов, без даты C[272]; по состоянию на 2026-09-26 никаких кубитных данных через Pando Tree с 2024-06-20. Hitachi: облачный доступ в 2027 финансовом году, 100 кубитов в 2028 финансовом году, 1 000 — в 2030 финансовом году P[769]. Diraq: 150 000 физических кубитов к 2029 году, более 2 миллионов к 2031 году, разветвление не указано R[211]. Ни один срок по вехам разветвления ещё не наступил; оценивать пока нечего.

Стратегическое прочтение. Отдельный маршрутизатор Intel и монолитные кристаллы Equal1 и Quantum Motion — конкурирующие ставки на милликельвиновый милливатт. Если маршрутизаторы опустятся заметно ниже микроватта на напряжение, ценность перейдёт к фабрикам с холодными моделями приборов и к холодному тестированию пластин; если нет, кубиты будут работать горячее — Equal1 при 0.3 K C[768] — или разделятся на модули, и слот займёт ic_mcm S.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить, если до 2027-12-31 рецензируемый бенчмарк вентилей на спиновых кубитах будет выполнен через милликельвиновый маршрутизатор или мультиплексор на кристалле и сообщит тепло на канал; понизить, если прототип Hitachi 2028 финансового года или система Diraq 2029 года выйдут с отдельными линиями на каждый затвор от 4 K или комнатной температуры. Открытые вопросы. (1) Сколько рассеивает Pando Tree на один переключаемый вывод? (2) Какую просадку удерживаемого напряжения терпят обменные вентили между регенерациями? (3) Ограничивает ли импульсное управление с временным мультиплексированием параллелизм вентилей ниже того, что нужно раунду поверхностного кода? (4) Могут ли разделение линий в кроссбаре и милликельвиновая маршрутизация ужиться на одном кристалле? (5) Займут ли спиновые модули (ic_mcm) этот слот раньше, чем маршрутизаторы дойдут до 10⁴ каналов?

Литература
  1. [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]
  2. [199] H. C. George et al., “12-spin-qubit arrays fabricated on a 300 mm semiconductor manufacturing line,” Nano Lett., vol. 25, no. 2, pp. 793–799, Dec. 2024, doi: 10.1021/acs.nanolett.4c05205. arXiv:2410.16583. [D]
  3. [200] Quantum Motion, “Quantum Motion Delivers the Industry's First Full-Stack Silicon CMOS Quantum Computer,” Sep. 15, 2025. [Online]. Available: https://quantummotion.com/quantum-motion-delivers-the-industrys-first-full-stack-silicon-cmos-quantum-computer/ [C]
  4. [211] F. Elliott, “Diraq charts course to utility-scale quantum computing with millions of spin qubits on a single silicon chip,” Diraq, Aug. 27, 2026. [Online]. Available: https://www.diraq.com/newsdesk/diraq-sets-roadmap-for-utility-scale-quantum-computing-with-millions-of-qubits-on-a-single-silicon-chip [R]
  5. [272] S. Subramanian and S. Pellerano, “Intel's Millikelvin Quantum Research Control Chip Provides Denser Integration with Qubits,” Intel Community, Jun. 20, 2024. [Online]. Available: https://community.intel.com/t5/Blogs/Tech-Innovation/Data-Center/Intel-s-Millikelvin-Quantum-Research-Control-Chip-Provides/post/1608558 [C]
  6. [273] Equal1, “UnityQ.” [Online]. Available: https://www.equal1.com/technology [C]
  7. [355] Quantum Motion, “Quantum Motion Raises $160 Million Series C to Deliver Quantum Computing's "Transistor Moment,” May 7, 2026. [Online]. Available: https://quantummotion.com/quantum-motion-raises-160-million-series-c-to-deliver-quantum-computings-transistor-moment/ [C]
  8. [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]
  9. [551] S. K. Bartee et al., “Spin-qubit control with a milli-kelvin CMOS chip,” Nature, vol. 643, no. 8071, pp. 382–387, Jul. 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09157-x. [D]
  10. [552] J. van Staveren et al., “Cryo-CMOS Bias-Voltage Generation and Demultiplexing at mK Temperatures for Large-Scale Arrays of Quantum Devices,” IEEE Trans. Quantum Eng., vol. 6, pp. 1–18, 2025, doi: 10.1109/TQE.2025.3580377. [D]
  11. [560] M. Abdel-Kareem, “Rhonexum Raises $1M Pre-Seed to Solve the Quantum Cabling Bottleneck via Cryo-CMOS,” Quantum Computing Report, Mar. 18, 2026. [Online]. Available: https://quantumcomputingreport.com/rhonexum-raises-1m-pre-seed-to-solve-the-quantum-cabling-bottleneck-via-cryo-cmos/ [P]
  12. [761] L. M. K. Vandersypen et al., “Interfacing spin qubits in quantum dots and donors—hot, dense, and coherent,” npj Quantum Inf., vol. 3, Art. no. 34, Sep. 2017, doi: 10.1038/s41534-017-0038-y. [D]
  13. [762] R. Li et al., “A Crossbar Network for Silicon Quantum Dot Qubits,” Sci. Adv., vol. 4, Art. no. eaar3960, 2018, doi: 10.1126/sciadv.aar3960. arXiv:1711.03807. [D]
  14. [763] S. Schaal et al., “A CMOS dynamic random access architecture for radio-frequency readout of quantum devices,” Nat. Electron., vol. 2, no. 6, pp. 236–242, Jun. 2019, doi: 10.1038/s41928-019-0259-5. arXiv:1809.03894. [D]
  15. [764] B. P. Wuetz et al., “Multiplexed quantum transport using commercial off-the-shelf CMOS at sub-kelvin temperatures,” npj Quantum Inf., vol. 6, Art. no. 43, May 2020, doi: 10.1038/s41534-020-0274-4. [D]
  16. [765] D. P. Franke, J. S. Clarke, L. M. K. Vandersypen, and M. Veldhorst, “Rent's rule and extensibility in quantum computing,” Microprocess. Microsyst., vol. 67, pp. 1–7, 2019, doi: 10.1016/j.micpro.2019.02.006. [D]
  17. [766] S. F. Neyens et al., “Probing single electrons across 300-mm spin qubit wafers,” Nature, vol. 629, no. 8010, pp. 80–85, May 2024, doi: 10.1038/s41586-024-07275-6. [D]
  18. [767] E. J. Thomas et al., “Rapid cryogenic characterization of 1,024 integrated silicon quantum dot devices,” Nat. Electron., vol. 8, no. 1, pp. 75–83, Jan. 2025, doi: 10.1038/s41928-024-01304-y. [D]
  19. [768] Equal1, “Equal1 Launches Bell-1: The First Quantum System Purpose-Built for the HPC Era,” Mar. 16, 2025. [Online]. Available: https://www.equal1.com/post/equal1-launches-bell-1-the-first-quantum-system-purpose-built-for-the-hpc-era [C]
  20. [769] M. Rutherford, “Silicon Spin Qubits Get Foundry Path: Hitachi Banks on Intel 18A Process,” Tech Times, Jul. 28, 2026. [Online]. Available: https://www.techtimes.com/articles/321867/20260728/hitachi-intel-18a-spin-qubit.htm [P]
  21. [770] imec, “Quantum pilot line 'SPINS' launched with EU support,” Apr. 3, 2026. [Online]. Available: https://www.imec-int.com/en/press/semiconductor-based-quantum-pilot-line-spins-launched-eu-support [C]
  22. [771] University College Dublin, “Equal1 Announces $60 million in Funding to Accelerate Quantum Computing using Existing Semiconductor Manufacturing,” UCD Innovation, Jan. 15, 2026. [Online]. Available: https://www.ucd.ie/innovation/news-and-events/2026/equal1-announces-funding-round/ [C]