Η τεχνολογία Diamond Quantum μετακινείται προς ένα νέο ταξίδι

Πρόσφατα, η Quantum Brilliance άρχισε να παρέχει το κβαντικό υπολογιστικό σύστημα της θερμοκρασίας δωματίου στο Fraunhofer IAF και το Oak Ridge National Laboratory στις Ηνωμένες Πολιτείες, σηματοδοτώντας ένα σημείο καμπής για την κβαντική τεχνολογία διαμαντιών προς την πρακτικότητα της μηχανικής. Η Εταιρεία χρησιμοποιεί κέντρα κενής κενής θέσης (NV) ως κβαντικά bits και επιτυγχάνει εντοπισμό ελαττωμάτων επιπέδου νανομέτρου σε διαμάντι μέσω τεχνολογίας ανίχνευσης σάρωσης, ολοκληρώνοντας τη μετάβαση από την επαλήθευση πρωτότυπου στην εμπορευματοποίηση πρώτης γενιάς. Ταυτόχρονα, έχει επίσης ξεκινήσει μια συνεργασία με το Ευρωπαϊκό Κέντρο Μικροηλεκτρονικής IMEC για να διερευνήσει την ενσωμάτωση των διαμαντιών σε διαδικασίες επιπέδου συμβατών με CMOS, προσπαθώντας να οδηγήσει την κατασκευή επεξεργαστών κβαντικών on-chip (QPUs).

Με την παγκόσμια κβαντική πληροφορική και την προηγμένη τεχνολογία ανίχνευσης που εισέρχεται στο στάδιο μετασχηματισμού της μηχανικής, τα υλικά διαμαντιών χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο από επιχειρήσεις και ερευνητικά ιδρύματα για την κατασκευή κβαντικών τσιπ και αισθητήρες υψηλής ακρίβειας λόγω της ικανότητάς τους να υποστηρίζουν τον κβαντικό έλεγχο κατάστασης υπό συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης. Σε αντίθεση με τα εργαστηριακά αποτελέσματα που επικεντρώνονται μόνο στην επαλήθευση της αρχής, μια ομάδα επιχειρήσεων έχει προχωρήσει στα στάδια της παράδοσης του συστήματος, του εξοπλισμού δοκιμών μικρής κλίμακας και της τυπικής εισαγωγής της γραμμής διεργασιών, σχηματίζοντας ένα βιομηχανικό πρωτότυπο με πρακτικά σενάρια εφαρμογής.

Η Quantum Brilliance είναι επί του παρόντος μία από τις πιο μηχανικές εταιρείες στο Global Diamond Quantum Chip Field. Η εταιρεία χρησιμοποιεί δομές κενού αζώτου για να κατασκευάσει κβαντικά bits και έχει παραδώσει το πρώτο της κβαντικό υπολογιστικό σύστημα στο Fraunhofer IAF στη Γερμανία το 2024 και θα παραδώσει τρία πρότυπα συστήματα στην Oak Ridge National Laboratory στις Ηνωμένες Πολιτείες το 2025. Κβαντικά κλασικά μοντέλα υπολογιστών για μοριακή μοντελοποίηση υψηλής απόδοσης, επιτάχυνση αλγορίθμου AI και άλλες δοκιμές σεναρίων. Η εταιρεία συνεργάζεται επίσης με το Αυστραλιανό Υπουργείο Άμυνας για να δοκιμάσει την απόδοση των κβαντικών τσιπ διαμαντιών για τις ενότητες Edge AI και εντοπισμούς σε κινητά τακτικά τερματικά.

 

Το Fraunhofer IAF είναι ένας από τους εταίρους της κβαντικής λαμπρότητας και η κινητήρια δύναμη πίσω από την εφαρμογή της μηχανικής της κβαντικής ανίχνευσης στη Γερμανία. Η εταιρεία ανέλαβε το βασικό τμήμα του έργου DE Brill - δημιουργώντας δομές ελαττωμάτων NV με ακρίβεια υπο -νανομέτρου σε κρυστάλλους διαμαντιών μέσω ενός συστήματος ανίχνευσης σάρωσης. Εκτός από την τεχνολογική έρευνα και την ανάπτυξη, η Fraunhofer IAF ξεκίνησε επίσης ένα έργο δοκιμών οχημάτων για αισθητήρες κβαντικών διαμαντιών με την υποστήριξη του Γερμανικού Υπουργείου Άμυνας, που αναπτύχθηκε σε σενάρια όπως η πλοήγηση στη γη, η μέτρηση της υποβρυχίων και η ηλεκτρομαγνητική ανίχνευση ανωμαλιών. Σε 2 0 24, ο Fraunhofer κυκλοφόρησε επίσημα την πλατφόρμα QB-QDK 2.0, η οποία συνδυάζει τη μονάδα κβαντικής επεξεργασίας διαμαντιών με τη δοκιμή NVIDIA GPU και CPU για να σχηματίσει έναν υβριδικό υπολογιστικό κόμβο, υποστηρίζοντας τις αναπτυξιακές ομάδες τρίτων για τη διεξαγωγή κβαντικών νευροειδών δικτύων και πολυταδικών διαμορφωμάτων.

 

Το IMEC είναι το μεγαλύτερο ερευνητικό κέντρο ημιαγωγών στην Ευρώπη και συνεργάζεται με την κβαντική λάμψη για να ενσωματώσει τα διαμάντια υλικά στην τυπική ροή διεργασίας ενός εργοστασίου φωτονικών πλακιδίων 12 ιντσών. Σύμφωνα με τη συμφωνία μεταξύ των δύο μερών, ο στόχος είναι να καθοριστεί μια βασική γραμμή διεργασίας που προσαρμόστηκε στο διαμάντι εντός 12 μηνών, συμπεριλαμβανομένης της διαμόρφωσης, της φωτοβολιτογραφίας, της εμφύτευσης ιόντων και των μονάδων δοκιμών. Εάν υπάρχουν ασυμβίβαστοι σύνδεσμοι στη διαδικασία CMOS, η IMEC θα βοηθήσει στη μεταφορά τους στο νεοδημιουργημένο εργοστάσιο φωτονικής στη Μάλαγα της Ισπανίας για την προσαρμογή της διαδικασίας. Αυτή η κίνηση θεωρείται ως ένα σημαντικό σύμβολο της εξέλιξης των διαμαντιών από "πειραματικό εξοπλισμό" σε "τυποποιημένους κόμβους διεργασίας".

 

Το Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge (ORNL) είναι μια βασική μονάδα ανάπτυξης της αμερικανικής κυβέρνησης σε δοκιμές κβαντικού συστήματος των ΗΠΑ. Το εργαστήριο έχει υπογράψει συμφωνία προμηθειών και θα λάβει τρία σύνολα συστημάτων Quantum Brilliance μέχρι το 2025 για παράλληλη υπολογιστική υψηλής απόδοσης, διασύνδεση κβαντικού συστήματος και κατασκευή πειράματος χημικής προσομοίωσης. Η ORNL προωθεί επίσης τα εσωτερικά ερευνητικά έργα για να διερευνήσει την ενσωμάτωση των διαμαντιών QPU στις υπάρχουσες συστοιχίες υπολογιστών GPU και τη σύγκριση των πρακτικών διαφορών στην αποτελεσματικότητα του αλγορίθμου, την κατανάλωση ενέργειας και το μέγεθος των μονάδων των υπεραγωγικών συστημάτων. Ταυτόχρονα, το έργο επιταχυντής των κβαντικών συστημάτων που χρηματοδοτείται από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ περιλάμβανε επίσης την έρευνα σε αισθητήρες κβαντικών διαμαντιών, εστιάζοντας στην ανάπτυξη κβαντικών μαγνητικών ανιχνευτών σε περιβάλλοντα υψηλής ακτινοβολίας.

Στην Ιαπωνία, τα έργα διαμαντιού και κβαντικής ανίχνευσης έχουν εισέλθει στο στάδιο της πολυεθνικής συνεργασίας και προώθησης. Το Sumitomo Electric είναι μία από τις λίγες εταιρείες του κόσμου με την ικανότητα μαζικής παραγωγής ηλεκτρονικού βαθμού μονής κρυστάλλου διαμάντι. Το εργοστάσιο του Kobe είναι ικανό να παράγει μάζα ηλεκτρονικών διαμαντιών διαμαντιών με θερμική αγωγιμότητα που υπερβαίνει τα 2000W/M · K. Εκτός από την παροχή πελατών ημιαγωγών ισχύος, χρησιμεύει επίσης ως υπόστρωμα για συσκευές NV και υποστηρίζει πολλαπλά σχέδια κβαντικών ερευνητικών ερευνών που χρηματοδοτούνται από την Ιαπωνική κυβέρνηση. Το 2023, η AIST και η Sumitomo Electric θα συνεργαστούν για την προώθηση ανιχνευτών μαγνητικού συντονισμού υψηλής ευαισθησίας με βάση τα κέντρα NV για την ανίχνευση μικρο-μαγνητικών σημάτων σε βιολογικούς ιστούς. Αυτό το σύστημα έχει πλέον ολοκληρώσει την κατασκευή ενός μικρού πρωτότυπου στο εργαστήριο και εισέρχεται στο στάδιο επαλήθευσης των σεναρίων εφαρμογής βιοαισθητήρων.

 

Στις Ηνωμένες Πολιτείες, εκτός από το ORNL, τα εργαστήρια Akhan Semiconductor και HRL διεξάγουν επίσης ανάπτυξη φυσικών διαμαντιών. Ο Akhan ασχολείται με την εμπορική ανάπτυξη ηλεκτρονικών συσκευών διαμαντιών και κατασκευάζει ολοκληρωμένες κβαντικές φωτονικές τσιπ βασισμένες στο Diamond, με στόχο τη χρήση τους σε συστήματα τακτικής επικοινωνίας και στρατιωτικούς αισθητήρες ακριβείας. Το HRL επικεντρώνεται περισσότερο στη μηχανική συσκευασίας και στην ανάπτυξη της διεπαφής οπτικοηλεκτρονικού ελέγχου της διαμαντιού QPU. Η ομάδα του έχει αποκαλύψει σε μια εσωτερική αναφορά το 2024 ότι έχει ολοκληρώσει δοκιμές συσκευασίας All-Optical Control για ένα τσιπ Array 16 Qubit NV.

Στην Κίνα, το Diamond Quantum Chip Field δεν έχει ακόμη διαμορφώσει μια πλήρη βιομηχανική αλυσίδα, αλλά ορισμένα ερευνητικά ιδρύματα έχουν σημειώσει σαφή πρόοδο. Το Ινστιτούτο Φυσικής της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών έχει πραγματοποιήσει το πείραμα της κβαντικής συνεκτικής ρύθμισης του κέντρου NV ήδη από το 2019 και προωθεί επί του παρόντος την έρευνα σταθερότητας της συστοιχίας πολλαπλών δυαδικών ψηφίων με βάση την "σταδιακή δομή διαμαντιών". Το 2023, το Ινστιτούτο Τεχνολογίας και Φυσικής της Σαγκάης της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών και του Εργαστηρίου Zhijiang ανέπτυξε από κοινού ένα "κβαντικό τσιπ ανίχνευσης πολλαπλών πεδίων", το οποίο πέτυχε δομή συστοιχίας ανίχνευσης NV 100 bit και ολοκλήρωσε τον πρώτο γύρο συγκριτικών δοκιμών σε αδύναμα σενάρια ανίχνευσης σήματος. Το τσιπ βρίσκεται ακόμα στο πειραματικό πρωτοτύπωμα, αλλά η ομάδα του έργου έχει ξεκινήσει την επικύρωση λογισμικού και υλικού με οικιακούς κατασκευαστές ελεγκτών λέιζερ και FPGA.

 

Το Εθνικό Πανεπιστήμιο Άμυνας προωθεί επίσης το έργο μηχανικής ενός συστήματος μέτρησης μαγνητικού πεδίου με βάση το διαμάντι και έχει ολοκληρώσει τη συνολική δοκιμή μιας φορητής μονάδας ανίχνευσης μαγνητικής ροής. Το 2024, το σύστημα εφαρμόστηκε σε εργασίες παρακολούθησης θωράκισης σήματος σε ένα πολύπλοκο ηλεκτρομαγνητικό περιβάλλον ενός στρατιωτικού βιομηχανικού πάρκου, με ακρίβεια δεδομένων 3-5 καλύτερες από τους παραδοσιακούς αισθητήρες αίθουσας. Υπάρχουν επίσης αναφορές ότι το Nanjing ελάχιστα επεμβατικό ερευνητικό Ινστιτούτο συνεργάζεται με τον κατασκευαστή διαχείρισης διαχείρισης διαχείρισης Tianke Heda για την ανάπτυξη τυποποιημένων δομών ανίχνευσης σε τσιπ στην πλατφόρμα διαμαντιών CVD υψηλής καθαρότητας, με στόχο την παροχή εγχώριου υλικού με εμπορικό δυναμικό για κβαντικούς αισθητήρες.

 

Το Diamond, ως πολυλειτουργικό υλικό για μεταφορείς κβαντικών πληροφοριών, υλικά συσκευασίας τσιπ και πλατφόρμες ανίχνευσης, έχει δείξει δυνατότητες εφαρμογών μηχανικής σε πολλαπλά πεδία. Το επόμενο στάδιο του ανταγωνισμού δεν μπορεί πλέον να είναι για «ποιος μπορεί να αποδείξει τη σκοπιμότητα», αλλά «ποιος μπορεί να αναπτύξει σταθερά, σε παρτίδες, και ενσωματωμένα»