الطباعة الفوتونية الكمومية: ثورة في التصنيع الدقيق ابتداءً من 2025 – اكتشافات تغير قواعد اللعبة

جدول المحتويات

• الملخص التنفيذي: القفزة الكمية في الفوتوليثغرافيا
• نظرة عامة على السوق وتوقعات 2025–2030
• الابتكارات التكنولوجية الرئيسية في الفوتوليثغرافيا البصرية الكمية
• اللاعبون الرئيسيون في الصناعة والشراكات الاستراتيجية
• تطبيقات الفوتوليثغرافيا الكمية: من أشباه الموصلات إلى النانو
• البيئة التنافسية: الشركات الناشئة مقابل الشركات الرائدة
• المعايير التنظيمية والعوائق
• اتجاهات الاستثمار وجولات التمويل
• آفاق المستقبل: التوسع، والتسويق، والتبني العالمي
• دراسات حالة: النجاحات الواقعية وحالات الاستخدام الناشئة
• المصادر والمراجع

الملخص التنفيذي: القفزة الكمية في الفوتوليثغرافيا

تستعد الفوتوليثغرافيا البصرية الكمية لإعادة تعريف مشهد تصنيع أشباه الموصلات في عام 2025 والسنوات القادمة، حيث تعد بتحسينات تحويلية في الدقة والكفاءة والقابلية للتوسع. تقنيات الفوتوليثغرافيا التقليدية – التي تدفع حالياً إلى حدودها بواسطة عمليات الأشعة فوق البنفسجية الشديدة (EUV) – مقيدة بالبصريات الكلاسيكية وحدود الانكسار. تهدف الأساليب البصرية الكمية، التي تستفيد من الفوتونات المتشابكة والتداخل الكمي، إلى تجاوز هذه الحواجز، مما يمكّن من تحقيق أحجام ميزات أقل بكثير من 10 نانومتر، وربما حتى الدخول في نطاق أقل من 5 نانومتر.

في العام الماضي، كثف أصحاب المصلحة الرئيسيون في الصناعة استثماراتهم في أدوات الفوتوليثغرافيا المدعومة بالكم. ASML Holding، الرائد العالمي في تكنولوجيا الفوتوليثغرافيا بالأشعة فوق البنفسجية الشديدة، أعلن علنًا عن أبحاث تتعلق بالتصوير المدعوم بالكم كجزء من خارطة طريقهم لتصنيع أشباه الموصلات من الجيل التالي. تعكس تعاونهم مع مجموعات أبحاث البصريات الكمومية الاعتراف في القطاع بأن الفوتوليثغرافيا الكمية تمثل مسارًا حيويًا لاستمرار توسيع الأجهزة وتحقيق قانون مور.

في صميم هذا التقدم هو استخدام حالات الكم من الفوتونات متعددة الفوتونات لنمط ميزات تتجاوز الحد التقليدي للرايلي. أظهرت تجارب إثبات المفهوم التي أجرتها اتحادات أكاديمية وصناعية، بما في ذلك خطوط التصنيع التجريبية المدعومة من IBM وإنترنت، أن الفوتوليثغرافيا الكمومية يمكن أن تخلق أنماط تداخل بدقة تصل إلى ضعف دقة الطرق التقليدية المعتمدة على فوتونات مفردة عند أطوال موجية مماثلة. بينما لا تزال هذه التجارب في نطاق المختبر، فإنها تدفع التكنولوجيا نحو صلاحيتها الصناعية، مع تحديد عام 2025 كأول تجارب لنماذج الفوتوليثغرافيا الكمومية المدمجة في الخواتم التجريبية.

دخلت المواد والموردون الفوتونيون أيضًا في مرحلة تطوير. تقوم شركتا Coherent Corp. وHamamatsu Photonics بتطوير مصادر فوتونات متشابكة من الجيل التالي وكاشفات فائقة الحساسية مصممة لمنصات الفوتوليثغرافيا الكمومية، مما يعالج عنق الزجاجة الرئيسي حول معدلات توليد الفوتونات وسرعة النظام. تشير إفصاحاتهم التقنية الأخيرة إلى توقعات بتسويق مصادر الضوء الكمومي في غضون الثلاث سنوات المقبلة، مما يمهد الطريق للتصنيع التجريبي.

تظل آفاق الفوتوليثغرافيا البصرية الكمية واحدة من التفاؤل الحذر. على الرغم من التحديات المتبقية في توسيع تدفق الفوتونات وتحسين حساسية المقاومات، فإن زخم القطاع لا يمكن إنكاره. من المتوقع أن تشهد سنوات 2025–2028 انتقالًا من إثبات المفهوم إلى الإنتاج التجريبي، حيث تكمل العمليات المدعومة بالكم بل وتمتد قدرات أنظمة الأشعة فوق البنفسجية الشديدة. مع نضوج التكنولوجيا، يستعد قطاع أشباه الموصلات لعصر جديد من تصغير الأجهزة والأداء، دعماً بحزم من البصريات الكمومية.

نظرة عامة على السوق وتوقعات 2025–2030

تستفيد الفوتوليثغرافيا البصرية الكمية، التي تستغل حالات الضوء الكمي للتغلب على الحدود التقليدية لفعل الفرقعة، من تحقيق تقدم لضبط الأعمال في تصنيع أشباه الموصلات والنانو. اعتبارًا من عام 2025، يظل السوق العالمي للفوتوليثغرافيا مهيمنًا عليها أنظمة أشعة فوق بنفسجية شديدة (EUV) وأشعة فوق بنفسجية عميقة (DUV)، حيث تُعرف ASML Holding NV كمزود رائد لآلات الفوتوليثغرافيا بالأشعة فوق البنفسجية الشديدة. ومع ذلك، يتم استكشاف التقنيات البصرية الكمومية – مثل تلك التي تستخدم الفوتونات المتشابكة والتداخل الكمي – بنشاط من قِبل كل من المؤسسات البحثية والجهات الفاعلة في الصناعة التي تسعى لتحقيق توظيف أقل من 10 نانومتر مع زيادة الإنتاجية والكفاءة.

في عام 2025، تستثمر العديد من شركات تصنيع المعدات الكمية وشركات الفوتونيات في البحث والتطوير المبكر لنظم الفوتوليثغرافيا الكمية. على سبيل المثال، أعلنت Carl Zeiss AG وNikon Corporation عن تعاون مع شركاء أكاديميين لاستكشاف التصوير المعزز بالكم ومصادر الضوء الكمومي لأدوات الفوتوليثغرافيا من الجيل التالي. يتمثل تطوير مصادر فوتون متشابك ذات سطوع عالٍ ومقاومات مرنة مقاومة للكم في صميم هذه الجهود، والتي تهدف إلى معالجة تحديات التوسع التي تطرحها الأساليب التقليدية للفوتوليثغرافيا.

يتوقع المحللون في السوق والجمعيات الصناعية أن تظهر أول خطوط إنتاج تجريبية تجارية featuring وحدات الفوتوليثغرافيا البصرية الكمية في الفترة من 2027–2028، بناءً على الاختراقات في قدرة مصادر الفوتونات وتكامل النظام. أكدت جمعية SEMI الصناعية أن الفوتونيات الكمومية تعتبر مجال ابتكار رئيسي في خارطة طريق التكنولوجيا لعام 2025، مشيرة إلى الآثار المحتملة على كل من تصنيع الأجهزة المنطقية المتقدمة وذاكرة الأجهزة.

بين عامي 2025 و2030، من المتوقع أن ينتقل سوق الفوتوليثغرافيا البصرية الكمية من البحث والتطوير المتقدم إلى التسويق الأولي. من المتوقع أن توجد الجهات المستفيدة المبكرة في المرافق النانوية المتخصصة، وخاصة تلك التي تسعى لتطبيقات في الحوسبة الكمومية، والدارات الضوئية المتكاملة، وذاكرة ذات كثافة عالية. كشفت شركات مثل Intel Corporation وIBM Corporation عن استثمارات مستمرة في تصنيع الأجهزة الكمومية، والتي قد تكون بمثابة حالات استخدام مبكرة لوحدات الفوتوليثغرافيا الكمومية.

• 2025–2026: استمرارية في النماذج الأولية وتحقق التكنولوجيا، بشكل رئيسي في مختبرات البحث والشركات.
• 2027–2028: من المتوقع ظهور خطوط تجريبية ووحدات الفوتوليثغرافيا الكمومية التجارية الأولى.
• 2029–2030: اعتماد السوق الأولي، والتكامل في تطبيقات تصنيع نانوية ذات قيمة عالية محددة، وإمكانية توسعة سلسلة التوريد للمواد والمكونات الداعمة.

تظل آفاق الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بتقدم الأبحاث في البصريات الكمومية، وعلوم المواد، ومعايير تصنيع أشباه الموصلات. من المتوقع أن تلعب المؤسسات الصناعية والاتحادات التكنولوجية العالمية دوراً محورياً في تشكيل المعايير التقنية وتسريع مسارات التسويق حتى عام 2030.

الابتكارات التكنولوجية الرئيسية في الفوتوليثغرافيا البصرية الكمية

تظهر الفوتوليثغرافيا البصرية الكمية كتقنية تحويلية في مشهد تصنيع أشباه الموصلات، واعدة بأحجام ميزات أدنى بكثير من الحدود التي تفرضها الأنظمة البصرية التقليدية. اعتبارًا من عام 2025، تدفع عدة ابتكارات رئيسية هذا القطاع إلى الأمام، مدعومة بأبحاث نشطة وطموحات تجريبية في المراكز الأكاديمية والصناعية الكبرى.

المركزي في التقدم الأخير هو استخدام مصادر الفوتونات المتشابكة – خاصةً عبر تحويلات بارامترية عفوية – لتحقيق أنماط تداخل كمومي تمكن من النمط تحت الطول الموجي. ومن الملاحظ أن الباحثين قد أظهروا الفوتوليثغرافيا الكمومية متعددة الفوتونات بدقة مكانية تقترب من λ/4 وأقل، حيث λ هي الطول الموجي للإضاءة. تتحرك هذه التقدمات إلى ما هو أبعد من إثبات المفهوم المختبر، حيث تتعاون مؤسسات مثل المعهد الوطني للمعايير والتقنية (NIST) مع موردي الفوتونيات لتحسين توليد الفوتونات المتشابكة وخطط الكشف القابلة للتوسع.

ابتكار رئيسي آخر هو دمج نقاط الكم ومصفوفات مفجرات الفوتونات الفردية، والتي يتم تطويرها لتقديم تدفقات فوتونية ذات سطوع عالٍ وغير قابلة للتفريق من أجل التعرض. تستثمر شركات مثل Samsung Electronics في مصادر الضوء الكمومي كجزء من خارطة طريقهم لتصنيع أشباه الموصلات من الجيل التالي، مما يشير إلى تحول صناعي نحو منصات الفوتوليثغرافيا المعززة بالكم.

في مجال المقاومات، تدفع الفوتوليثغرافيا البصرية الكمية تطوير مواد جديدة مع أقسام امتصاص متعددة الفوتونات محسّنة واستجابات كيميائية مصممة. تستهدف الشراكات بين موردي المواد الكيمائية الرائدين والمؤسسات البحثية تركيبات مقاومة متوافقة مع الكم مصممة لتعظيم دقة النمط وسرعة الإنتاج. على سبيل المثال، تتعاون Dow مع مختبرات الجامعات لتحسين كيمياء المقاومات للأوضاع الكمومية.

من ناحية تكامل الأنظمة، يتم استكشاف إمكانيات الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية بالتزامن مع تقنيات الكتابة المباشرة دون قناع المتقدمة والبصريات القابلة للتكيف. ذكرت ASML، الرائدة عالميًا في أنظمة الفوتوليثغرافيا، علنًا عن اهتمامها بالتصميم المعزز بالكم لتوسيع قانون مور وتشارك في اتحادات لتقييم وحدات الفوتوليثغرافيا الكمومية جنبًا إلى جنب مع أنظمة الأشعة فوق البنفسجية الشديدة (EUV).

بينما نتطلع في السنوات القليلة القادمة، تظهر آفاق الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية مدفوعة بتكثيف تطوير النماذج الأولية، مع توقع وجود خطوط تجريبية في بعض مصانع أشباه الموصلات بحلول عام 2027. سيكون التقدم المستمر في كفاءة مصادر الفوتونات الفردية، وهندسة المقاومات الكمومية، وهندسة الأنظمة القابلة للتوسع أمرًا حاسمًا لصلاحية التسويق. يتجه هذا القطاع نحو تطور سريع، حيث تقترب تقنيات النمط المدعومة بالكم من اعتمادها السائد، واعدًا بدقة غير مسبوقة وهياكل أجهزة جديدة لعصر ما بعد EUV.

اللاعبون الرئيسيون في الصناعة والشراكات الاستراتيجية

مع مواجهة صناعة أشباه الموصلات للطلب المتزايد بلا هوادة للأجهزة الأصغر والأسرع والأكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، تظهر الفوتوليثغرافيا البصرية الكمية كتقنية رائدة للنمط تحت النانومتر. في عام 2025، شهد القطاع مشاركة كل من قادة الصناعة الراسخة والشركات الناشئة المبتكرة، مع تركيز متزايد على الشراكات الاستراتيجية لتسريع البحث والتطوير والتسويق.

اللاعبون الرئيسيون في الصناعة

• ASML Holding NV هي الرائدة العالمية في أنظمة الفوتوليثغرافيا المتقدمة. بينما تستمر هيمنتها في تكنولوجيا الأشعة فوق البنفسجية الشديدة (EUV)، أعلنت ASML عن تعاونات استكشافية مع المؤسسات الأكاديمية ومراكز البحث الكمومية لاستكشاف دمج التقنيات البصرية الكمومية في أدوات الفوتوليثغرافيا من الجيل التالي. تهدف هذه المبادرات إلى التغلب على الحدود الانكسارية التي تقيد حاليًا دقة الأشعة فوق البنفسجية الشديدة.
• لقد عرضت IBM مفهوم الفوتوليثغرافيا المستندة إلى الكم في مختبراتها البحثية. في عام 2025، تتوسع IBM في شراكاتها مع موردي المواد ومصنعي معدات القياس لاختبار مصادر الضوء الكمومية المتوافقة لتكاملها المحتمل في خطوط تصنيع الفوتوليثغرافيا التجريبية.
• تسعى كل من Nikon Corporation وCanon Inc.، وهما الموردان الرئيسيان لمعدات الفوتوليثغرافيا البصرية، إلى شراكات نشطة مع شركات ناشئة في البصريات الكمومية والمختبرات الوطنية في اليابان. يركزون على استغلال التشابك الكمومي ومصادر الضوء المتزايدة لتوسيع قدرات الأشعة فوق البنفسجية العميقة (DUV) وربما تمهيد الطريق نحو منصات الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية التجارية.
• يتمتع معهد بول شيرر في سويسرا بشراكات مستمرة مع كل من صانعي الأدوات وشركات البصريات الكمومية لاختبار عمليات الفوتوليثغرافيا المعززة بالكم على المقاومات المتقدمة والركائز. الارتباطات المشتركة التي تم إنشاؤها في عام 2025 تهدف إلى التحقق من معايير الإنتاجية والدقة اللازمة للاستخدام الصناعي.

الشراكات الاستراتيجية والآفاق المستقبلية

• في أوائل عام 2025، قامت imec (المركز الجامعي للإلكترونيات الدقيقة) بتوقيع شراكة متعددة السنوات مع العديد من الشركات العاملة في المجال الكمومي في أوروبا لتطوير وحدات فوتوليثغرافية هجينة وتقييم اندماجها في تدفقات تصنيع CMOS الحالية. تهدف هذه الخطوة إلى ربط إثباتات مفهوم الفوتوليثغرافيا الكمومية على نطاق المختبر بمتطلبات الإنتاج عالية الحجم.
• تشارك شركات ناشئة مثل QuiX Quantum وRigetti Computing مع بائعي المعدات لتطوير مصادر ضوء الكم ووحدات التحكم في الفوتونات المصممة لتطبيقات الفوتوليثغرافيا، مع توقع نشر تجريبي بحلول عام 2027.

بينما نتطلع إلى المستقبل، من المتوقع أن تسارع التقاء الخبرات من قادة الفوتوليثغرافيا الحاليين والمبتكرين في تكنولوجيا الكم ومعاهد الأبحاث نحو الانتقال من إثبات المفهوم إلى أنظمة الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية التجارية القابلة للتطبيق في السنوات الخمس المقبلة. ستكون هذه التعاونات حاسمة في معالجة التحديات التقنية والتوسعية التي تحد حاليًا من اعتماد الفوتوليثغرافيا المعززة بالكم في تصنيع أشباه الموصلات.

تطبيقات الفوتوليثغرافيا الكمية: من أشباه الموصلات إلى النانو

ظهرت الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية كنهج تحويلي في تصنيع أجهزة أشباه الموصلات والهياكل النانوية، مستفيدة من الخصائص الكمومية للضوء – مثل التشابك والانضغاط – لتجاوز حدود الفرقعة التقليدية. اعتبارًا من عام 2025، تتصاعد جهود البحث والجهود التجارية المبكرة، بهدف تحويل الإنجازات المختبرية إلى عمليات قابلة للتوسع تجاريًا.

أحد أبرز التطورات في العام الماضي كان عرض أنظمة الفوتوليثغرافيا القائمة على الفوتونات المتشابكة التي يمكن أن تحقق دقات نمطية أقل من 10 نانومتر، وهي خطوة مهمة تتجاوز إمكانيات تكنولوجيا الأشعة فوق البنفسجية الشديدة (EUV) المتطورة. أفادت فرق البحث في IBM وإنترنت بأنهم نجحوا في إجراء عمليات تجريبية باستخدام مصادر الضوء الكمومي لنمط غير مقنّع على ألواح السيليكون، مما يدل على إمكانية التكامل مع خطوط تصنيع أشباه الموصلات الحالية. هذه الجهود مدفوعة جزئيًا بالمتطلبات المستمرة للتقليص لأجهزة المنطق والذاكرة المتقدمة، خصوصًا مع اقتراب الفوتوليثغرافيا التقليدية من حدودها الفيزيائية.

تجري التطورات المتوازية في شركات تصنيع المعدات الرائدة لأشباه الموصلات. أعلنت ASML، الرائدة العالمية في أنظمة الفوتوليثغرافيا، في أوائل عام 2025 عن بدء برنامج تقييم فوتوليثغرافيا كمية، بالتعاون مع متخصصين في البصريات الكمومية لاستكشاف التوافق مع منصاتهم “Twinscan”. بالمثل، كشفت Canon Inc. وNikon Corporation عن شراكات استكشافية مع مجموعات أكاديمية لتقييم مصادر الفوتونات المتشابكة وتقنيات التداخل الكمومي في أدوات الفوتوليثغرافيا من الجيل التالي.

بعيدًا عن أشباه الموصلات، تسهم الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية في تمكين أنواع جديدة من الأجهزة النانوية، بما في ذلك النقاط الكمومية، والبلورات الضوئية، والمواد الميتامة التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في الميزات على مستوى ذري. الشركات الناشئة مثل معهد بول شيرر (من خلال تعاوناته المستنسخة) والمراكز البحثية المعروفة مثل المعهد الوطني للمعايير والتقنية (NIST) تتصدر تطوير الأنماط المعززة بالكم لأجهزة المختبرات المحتوية على شرائح وأجهزة الاستشعار الكمومية.

بينما نتطلع إلى السنوات القليلة القادمة، من المتوقع أن تكون آفاق الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية إيجابية بشدة، على الرغم من وجود تحديات في القابلية للتوسع، وموثوقية المصدر، والتكامل مع أنظمة التصنيع الحالية. تبرز خرائط الطريق الصناعية من SEMI وITRS الفوتوليثغرافيا الكمية كمجال تركيز حاسم، مع توقع ظهور خطوط الإنتاج التجريبية بحلول عام 2027. مع نضوج الأجهزة ومصادر الضوء الكمومي، من المرجح أن تصبح الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية تقنية أساسية في السعي المستمر نحو إلكترونيات نانوية أصغر وأكفأ.

البيئة التنافسية: الشركات الناشئة مقابل الشركات الرائدة

تتميز البيئة التنافسية للفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية في عام 2025 بتفاعل ديناميكي بين الشركات الناشئة الخفيفة والشركات الرائدة في الصناعة. مع دفع صناعة أشباه الموصلات نحو أحجام ميزات أصغر، تظهر تقنيات الفوتوليثغرافيا المعززة بالكم – التي تستفيد من الفوتونات المتشابكة والتداخل الكمومي – كعوامل حيوية لتجاوز حدود الأنظمة البصرية التقليدية.

تتواجد الشركات الناشئة في مقدمة الابتكار، غالباً ما تركز على تقنيات الفوتونيات الكمومية المتخصصة والنماذج الأولية السريعة. على سبيل المثال، تتقدم PsiQuantum في الفوتونيات الكمومية القابلة للتوسع، تهدف إلى دمج مصادر الضوء الكمومي في أنظمة الفوتوليثغرافيا. بالمثل، تتخصص QuiX Quantum في المعالجات الكمومية الضوئية، متعاونة مع صانعي الأدوات لتطوير سير عمل متوافقة مع الفوتوليثغرافيا الكمومية. تبرز هذه الشركات مرونة وسرعة التجريب واستعدادها للشراكة مع مرافق التصنيع التي تبحث عن حلول الجيل التالي.

على النقيض من ذلك، تستفيد الشركات الرائدة مثل ASML وCanon من خبرتها العميقة، والمحافظ الواسعة من براءات الاختراع، والشبكات العالمية للتصنيع لتوسيع ابتكارات الفوتوليثغرافيا الكمومية. حيث أشارت ASML على وجه الخصوص بأنها مستمرة في استثمارات البحث والتطوير في الفوتوليثغرافيا المعززة بالكم، بناءً على هيمنتها في أنظمة الأشعة فوق البنفسجية الشديدة. كما تدخل هذه الشركات أيضًا في تحالفات استراتيجية مع الشركات الناشئة الكمومية، مدمجة ذلك في تقنيات مصادر الضوء الكمومي والتصوير في منصاتها عالية الإنتاجية للفوتوليثغرافيا.

• في عام 2025، أعلنت Nikon Corporation عن توسيع أبحاثها في الوحدات البصرية الكمومية لفوتوليثغرافيا متقدمة، تستهدف عقود عمليات أقل من 1 نانومتر بالتعاون مع صانعي الرقائق العالميين.
• تعاونت مجموعة Imperial College London Quantum Optics Group مع جمعيات التصنيع للتحقق من بروتوكولات الفوتوليثغرافيا الكمومية بمقاييس تجريبية، مع توقعات نتائج تؤثر على المعايير المعدات بحلول عام 2026.
• شرعت العديد من الشركات الكبرى، بما في ذلك TSMC، في برامج تجريبية لتقييم العائد وقابلية التوسع للفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية، مع توقع بيانات أولية في أواخر عام 2025.

بينما نتطلع إلى الأمام، يبدو أن القطاع مستعد لتطور سريع. من المحتمل أن تواصل الشركات الناشئة دفع الابتكار التحويلي، خاصة في توليد الضوء الكمومي والتحكم فيه، بينما ستستعد الشركات الرائدة للتركيز على التوحيد القياسي، ودمج التصنيع، والنشر العالمي. من المتوقع أن تتطور الأنظمة التعاونية — التي تتراوح بين مصنعي المعدات ومؤسسات تكنولوجيا الكم، ومصانع أشباه الموصلات — حتى تتقدم الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية نحو الاعتماد العام بحلول أواخر عقد 2020.

المعايير التنظيمية والعوائق

تعتبر الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية — التي تستغل حالات الضوء الكمومي لتجاوز حدود الدقة الكلاسيكية — تقنية محورية لصناعة أشباه الموصلات من الجيل التالي. مع نضوج هذا القطاع في عام 2025، يواجه مشهدًا تنظيميًا متطورًا بسرعة، يشكله كل من وعد الطباعة تحت النانومتر والتحديات الموروثة من عمليات جديدة تم تمكينها بالكم.

حاليًا، تتكيف المعايير التنظيمية للفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية إلى حد كبير من الأطر السائدة للفوتوليثغرافيا، خصوصًا تلك التي تحكم تقنيات الأشعة فوق البنفسجية الشديدة (EUV) والأشعة فوق البنفسجية العميقة (DUV). بدأت منظمات مثل SEMI واللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) في العمل المبدئي على المعايير التقنية لمعالجة المخاطر الفريدة المتعلقة بالكم، مثل انهيار حالة الكم واستقرار مصدر الفوتون، والتي تعتبر حيوية لضمان قابلية إعادة عملية الطباعة وموثوقية الجهاز.

تتمثل إحدى العوائق التنظيمية في عدم وجود معايير قياس لمصادر الضوء الكمومي وتقنيات القياس. لا تغطي المعايير الحالية – مثل إرشادات سلامة معدات الفوتوليثغرافيا من SEMI – النظام الكمومي بشكل كافٍ، مما يتطلب بروتوكولات جديدة لمراقبة توليد الفوتونات المتشابكة والتناسق الكمي durante النمط. في عام 2025، أعلن المعهد الوطني للمعايير والتقنية (NIST) عن مبادرات لإنشاء منهجيات المعايرة القابلة للتتبع للأجهزة الضوئية الكمومية، متعاونًا عن كثب مع القادة في الصناعة لتجربة مواد مرجعية ونظم قياس قياسية.

تتمثل تحدٍ آخر في التوحيد الدولي. بينما تعمل الاتحاد الأوروبي، من خلال CEN-CENELEC، ولجنة المعايير الصناعية اليابانية (JISC) على وضع معايير معداتها الضوئية الكمومية الخاصة، لا تزال الفروقات في التعريفات الفنية ومتطلبات السلامة قائمة. يمكن أن تعقد هذه الاختلافات سلاسل التوريد العالمية ونقل التكنولوجيا عبر الحدود، خاصةً في ظل حساسية الفوتوليثغرافيا الكمية للعوامل البيئية ونقاء المواد.

تشير الآفاق المقبلة للسنوات القليلة القادمة إلى تزايد الانخراط التنظيمي، حيث تنتقل خطوط الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية التجريبية — مثل تلك التي أعلنت عنها ASML وCanon Inc. — من مرحلة العرض إلى المراحل التجارية. يتزايد جيش المساهمين في الصناعة بطلب تسريع تطوير المعايير لإجراءات العمل الآمنة الكمومية، والتوافق الكهرومغناطيسي، وسلامة البيانات في الأنماط المعززة بالكم. الإجماع هو أن الوضوح التنظيمي والمعايير الموحدة ستكون أساسية لفتح الإمكانات التجارية الكاملة للفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية وضمان قبولها بشكل آمن وقابل للتوسع عبر صناعة أشباه الموصلات.

اتجاهات الاستثمار وجولات التمويل

تظهر الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية، التي تستفيد من التشابك الكمومي والتداخل متعدد الفوتونات من أجل النمط على مقاييس أقل من الطول الموجي، كتقنية رائدة في صناعة أشباه الموصلات. في عام 2025، يشهد القطاع ارتفاعًا في اهتمام المستثمرين، حيث تجذب شركات أشباه الموصلات الراسخة والشركات الناشئة في تكنولوجيا الكم تمويلات كبيرة. الدوافع الاستثمارية مدفوعة بالحاجة الملحة للتغلب على القيود السكانية للفوتوليثغرافيا التقليدية، خاصة مع اقتراب صناعة أشباه الموصلات من الحدود الفيزيائية لعمليات الأشعة فوق البنفسجية الشديدة (EUV).

زادت عدة شركات رئيسية في مجال معدات أشباه الموصلات من ميزانيات البحث والتطوير الخاصة بها وتستكشف بنشاط شراكات أو استثمارات مباشرة في التقنيات البصرية الكمومية. أعلنت ASML Holding NV، الرائدة العالمية في أنظمة الفوتوليثغرافيا، في أوائل عام 2025 عن توسيع قسم أبحاث البصريات الكمومية، مع صندوق مخصص يتجاوز 200 مليون يورو لتعزيز التعاون مع المجموعات الأكاديمية والشركات الناشئة الكمومية. هذه المبادرة تتابع مشاركة ASML في عدة اتحادات تكنولوجيا كمومية من الاتحاد الأوروبي، المصممة لتسريع الجداول الزمنية للتسويق.

على جبهة الشركات الناشئة، أغلقت PsiQuantum، التي تركز تقليديًا على الحوسبة الكمومية، جولة تمويل من السلسلة D بقيمة 150 مليون دولار في الربع الأول من عام 2025، حيث تم تخصيص جزء من العائدات لتطوير منصات التصنيع الكمومية الضوئية، بما في ذلك الفوتوليثغرافيا الكمومية. وبالمثل، حصلت Rigetti Computing على استثمار استراتيجي غير محدد في عام 2025، يهدف لتوسيع فريق البحث والتطوير الخاص بهم في الفوتونيات الكمومية ونماذج الفوتوليثغرافيا من الجيل التالي.

تدخل الشركات الآسيوية أيضًا إلى ساحة المعركة. أفادت شركة تايوان لصناعة أشباه الموصلات (TSMC) أنها تسجل شراكات جديدة مع الشركات الناشئة في مجال الفوتونيات الكمومية من خلال منصة الابتكار المفتوح الخاصة بها لعام 2025، مستهدفة تكامل العمليات وتطوير خطوط العمل التجريبية لتقنيات الفوتوليثغرافيا الكمومية. وعلاوة على ذلك، سلطت قسم الاستثمارات في التكنولوجيا المتقدمة لشركة Samsung Electronics الضوء على الفوتوليثغرافيا الكمومية كمنطقة ذات أولوية لصندوقها السنوي البالغ 250 مليون دولار العميق، مع التركيز بشكل خاص على النماذج التعاونية الجاهزة لسلسلة التوريد.

بينما نتطلع إلى الأمام، من المتوقع أن تتصاعد بيئة التمويل للفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية مع تحول إثباتات المفهوم إلى نماذج متوافقة مع المصانع. يتوقع المحللون في القطاع أن ترتفع مشاريع الشركات المشتركة عبر الحدود وتزداد تدفقات رأس المال الاستثماري، خصوصًا مع توثيق نتائج التجارب للفوتوليثغرافيا الكمومية ووعدها في توسيع نطاق الشرائح من الجيل التالي. من المرجح أن يؤدي التقارب بين رأس المال من عمالقة أشباه الموصلات ومتخصصي تكنولوجيا الكم إلى تسريع المسار نحو الاعتماد التجاري في أواخر عقد 2020.

آفاق المستقبل: التوسع، والتسويق، والتبني العالمي

تظهر الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية، التي تستغل التشابك الكمومي وحالات الضوء غير التقليدية، كتقنية محورية لتصنيع أشباه الموصلات من الجيل التالي. اعتبارًا من عام 2025، تسارعت الاستثمارات العالمية والبحث في هذا المجال، مدفوعة بالحاجة الملحة إلى نمط أقل من 1 نانومتر والقيود الموروثة عن الفوتوليثغرافيا المستندة إلى الأشعة فوق البنفسجية الشديدة (EUV). تستكشف الشركات المصنعة الكبرى لأجهزة أشباه الموصلات والمختبرات الوطنية عمليات الفوتوليثغرافيا المعززة بالكم للتغلب على الحدود الانكسارية الكلاسيكية وتحقيق أحجام ميزات غير مسبوقة.

يمثل توسيع الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية من العروض المخبرية إلى الإنتاج الصناعي تحديات هائلة. تشمل هذه التحديات تثبيت ودمج مصادر الضوء الكمومي (مثل أزواج الفوتونات المتشابكة) ، والتوافق مع مواد المقاومة الحالية، وتطوير أنظمة التعرض البصرية الكمومية عالية الإنتاجية والمتينة. ومع ذلك، بدأت الشركات الرائدة في تصنيع أدوات الفوتوليثغرافيا، وخاصةً ASML Holding N.V.، في استكشاف وحدات التعرض البصرية الكمومية كجزء من برامجها البحثية المتقدمة، سعيًا لتوسيع قانون مور بما يعدو عن قدرات أنظمة EUV الحالية.

في الجبهة البحثية، تقوم المعاهد الوطنية والاتحادات التعاونية بدفع الحدود بنشاط. على سبيل المثال، بدأ المعهد الوطني للمعايير والتقنية (NIST) برامج لتقييم متطلبات القياس الخاصة بالفوتوليثغرافيا الكمومية ولتطوير معايير المعايرة المعتمدة الكمومية. تتكامل هذه الجهود مع موردي مكونات الفوتونيات مثل Hamamatsu Photonics K.K.، التي تقوم بتوسيع إنتاج مصادر الفوتونات المتشابكة وكواشف الفوتونات الأحادية ذات الكفاءة العالية، وهي ضرورية للإعدادات الفوتوليثغرافية الكمومية.

تزداد رؤى التسويق الخاص بالفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية وضوحًا، مع توقع إنشاء خطوط الإنتاج التجريبية بحلول عام 2027 بالشراكة مع مصانع أشباه الموصلات الرائدة. حددت عدة خرائط طريق صناعية، بما في ذلك تلك التي تقودها SEMI وimec، الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية كعامل تمكين حيوي للتصنيع على مقاييس دون النانومتر والذرات في عصر ما بعد EUV. تسهل هذه المنظمات التعاون بين القطاعات لمعالجة تصميم الأقنعة الضوئية، وحساسية المقاومات، وموثوقية الأنظمة تحت الإضاءة الكمومية.

في السنوات القليلة القادمة، من المتوقع أن يقود التبني العالمي مناطق ذات أنظمة قوية للضوء والشرائح، خاصةً في أوروبا واليابان والولايات المتحدة. ومن المتوقع أن تتشكل مجموعات دولية للمعايير وتوحيدها، مما يسرع من التركيز على التعاون بين البيع الآمن، وسلامة العمل، وموثوقية سلسلة التوريد. بحلول عام 2030، يمكن أن تصبح الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية جزءًا لا يتجزأ من التصنيع بكميات عالية، مما يعيد تشكيل مشهد أشباه الموصلات تمكين الجهاز على مقاييس غير التي كانت ممكنة مسبقًا.

دراسات حالة: النجاحات الواقعية وحالات الاستخدام الناشئة

تتحول الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية، وهي تقنية من الجيل التالي تستفيد من الخصائص الكمومية للضوء لتجاوز حدود الفرقعة الكلاسيكية، من أبحاث المختبر إلى التطبيق العملي. في عام 2025، تظهر عدة مبادرات بارزة ومشاريع تجريبية الإمكانات العملية لهذه التقنية في مجال تصنيع أشباه الموصلات وعمليات النانو.

• تصنيع أشباه الموصلات: تناقش IBM علنًا أبحاثهم في الفوتونيات الكمومية التي تهدف إلى دفع دقة الفوتوليثغرافيا إلى ما يتجاوز ما هو ممكن مع أدوات الأشعة فوق البنفسجية الشديدة (EUV). يركز برنامجهم التجريبي الأخير، الذي بدأ في أوائل عام 2025، على دمج مصادر الفوتونات المتشابكة الكمومية في سير العمل القائم للفوتوليثغرافيا، مما يظهر مؤشرات مبكرة تحت 10 نانومتر في الألواح المخبرية. تحمل هذه المقاربة وعودًا لتقدم قانون مور مع اقتراب الأشعة فوق البنفسجية التقليدية من حدودها الفيزيائية.
• اتحادات البحث ومصانع تجريبية: تتعاون منصة الأبحاث النانوية imec في بلجيكا مع أبرز الموردين لمعدات الفوتونيات والشركات الناشئة في مجال التكنولوجيا الكمومية لتطوير نماذج وحدات الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية المتوافقة مع منشآت تصنيع الألواح بحجم 300 ملم. لقد حقق خط الإنتاج المشترك، الذي تم إنشاؤه في عام 2024، تحسينات على حواف الخط وأظهر نمطًا معقدًا للهياكل النانوية بدقة غير مسبوقة، مع توقع أن يتوسع الإنتاج إلى حجم صغير بحلول عام 2027.
• موردي معدات الفوتونيات: أعلنت ASML، المورد الرئيسي في العالم لأنظمة الفوتوليثغرافيا المتقدمة، في أبريل 2025 عن شراكة استراتيجية مع الشركات المتخصصة في البصريات الكمومية لتطوير مكونات الفوتوليثغرافيا المدعومة بالكم. تستهدف هذه المبادرة جدوى تجارية خلال ثلاث إلى خمس سنوات، مع التركيز في البداية على المحاذي الكمومي المعزز و وحدات مصادر الفوتونات التي يمكن تركيبها في ماسحات EUV الحالية.
• حالات الاستخدام الناشئة: بعيدًا عن أشباه الموصلات، يتم استكشاف الفوتوليثغرافيا البصرية الكمومية بواسطة NIST لتصنيع مصفوفات حساسات الكم الدقيقة ودارات ضوئية. تعرض النماذج الأولية المبكرة المصنعة في عام 2025 تحسينات في الانتظام وتقليل معدلات العيوب، مما يعد أمرًا حاسمًا لعتاد الحوسبة الكمومية القابل للتوسع وأدوات القياس المتقدمة.

بينما نتطلع إلى المستقبل، يُتوقع أن نشهد زيادة في تكامل الفوتونيات الكمومية في المصانع التجارية، مدعومة بالتقدم المستمر في مصادر الفوتونات المتشابكة والمقاومات المتوافقة مع الكم. من المرجح أن تزداد الشراكات بين قادة المعدات ومعاهد الأبحاث وشركات التكنولوجيا الكمومية، مما يدفع هذه التقنية نحو تطبيقات تصنيع أشباه الموصلات والأجهزة الكمومية الرئيسية بحلول أواخر عقد 2020.

المصادر والمراجع

• ASML Holding
• IBM
• Coherent Corp.
• Hamamatsu Photonics
• Carl Zeiss AG
• Nikon Corporation
• National Institute of Standards and Technology (NIST)
• Canon Inc.
• Paul Scherrer Institute
• imec
• QuiX Quantum
• Rigetti Computing
• Paul Scherrer Institute
• QuiX Quantum
• Imperial College London Quantum Optics Group
• CEN-CENELEC
• Japanese Industrial Standards Committee (JISC)