Công nghệ lượng tử kim cương chuyển sang một hành trình mới

Gần đây, Quantum Brilliance bắt đầu cung cấp hệ thống điện toán lượng tử nhiệt độ phòng của mình cho Fraunhofer IAF và Oak Ridge Laborates ở Hoa Kỳ, đánh dấu một bước ngoặt cho công nghệ lượng tử kim cương hướng tới thực tiễn kỹ thuật. Công ty sử dụng các trung tâm vị trí trống nitơ (NV) làm bit lượng tử và đạt được nội địa hóa mức độ nanom kế trong kim cương thông qua công nghệ thăm dò quét, hoàn thành quá trình chuyển đổi từ xác minh nguyên mẫu sang thương mại hóa thế hệ đầu tiên. Đồng thời, nó cũng đã khởi xướng sự hợp tác với Trung tâm vi điện tử châu Âu IMEC để khám phá việc kết hợp kim cương vào các quy trình cấp wafer tương thích CMOS, cố gắng thúc đẩy việc xây dựng bộ xử lý lượng tử trên chip (QPU).

Với điện toán lượng tử toàn cầu và công nghệ cảm biến tiên tiến bước vào giai đoạn chuyển đổi kỹ thuật, các vật liệu kim cương đang ngày càng được các doanh nghiệp và tổ chức nghiên cứu sử dụng để xây dựng chip lượng tử và cảm biến mức độ chính xác cao do khả năng hỗ trợ kiểm soát trạng thái lượng tử trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường. Không giống như kết quả trong phòng thí nghiệm chỉ tập trung vào xác minh nguyên tắc, một nhóm các doanh nghiệp đã tiến vào các giai đoạn phân phối hệ thống, thử nghiệm quy mô nhỏ của thiết bị và giới thiệu dòng quy trình wafer tiêu chuẩn, tạo thành một nguyên mẫu công nghiệp với các kịch bản thực hiện thực tế.

Quantum Brilliance hiện là một trong những công ty được thiết kế cao nhất trong lĩnh vực chip lượng tử kim cương toàn cầu. Công ty sử dụng các cấu trúc trống nitơ để xây dựng các bit lượng tử và đã cung cấp hệ thống điện toán lượng tử đầu tiên của mình cho Fraunhofer IAF ở Đức vào năm 2024, và sẽ cung cấp ba hệ thống tiêu chuẩn cho Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge tại các hệ thống Develate Developy. Các mô hình điện toán cổ điển lượng tử lai cho mô hình phân tử hiệu suất cao, gia tốc thuật toán AI và thử nghiệm kịch bản khác. Công ty cũng đang hợp tác với Bộ Quốc phòng Úc để kiểm tra hiệu suất của các chip lượng tử kim cương cho các mô -đun suy luận và nội địa hóa cạnh AI trong các thiết bị đầu cuối chiến thuật di động.

 

Fraunhofer IAF là một trong những đối tác Quantum Brilliance và là động lực đằng sau ứng dụng kỹ thuật của cảm biến lượng tử kim cương ở Đức. Công ty đã thực hiện phần cốt lõi của dự án De Brill - tạo ra các cấu trúc khiếm khuyết NV với độ chính xác của nanomet trong các tinh thể kim cương thông qua hệ thống thăm dò quét. Ngoài nghiên cứu và phát triển công nghệ, Fraunhofer IAF cũng đã đưa ra một dự án thử nghiệm phương tiện cho các cảm biến lượng tử kim cương với sự hỗ trợ của Bộ Quốc phòng Đức, được triển khai trong các kịch bản như điều hướng đất, đo lường thái độ tàu ngầm và phát hiện dị tật điện từ. Trong 2 0 24, Fraunhofer chính thức phát hành nền tảng QB-QDK 2.0, kết hợp đơn vị xử lý lượng tử kim cương của nó với GPU NVIDIA và CPU để tạo thành một nút điện toán kết hợp, hỗ trợ các nhóm phát triển bên thứ ba tiến hành tiến hành thử nghiệm neural.

 

IMEC là trung tâm nghiên cứu bán dẫn lớn nhất ở châu Âu và đang hợp tác với sự sáng chói lượng tử để kết hợp các vật liệu kim cương vào dòng quy trình tiêu chuẩn của một nhà máy sản phẩm photonic 12 inch. Theo thỏa thuận giữa cả hai bên, mục tiêu là thiết lập một dòng quy trình cơ bản thích nghi với kim cương trong vòng 12 tháng, bao gồm tạo mẫu, quang học, cấy ion và các mô -đun thử nghiệm. Nếu có các liên kết không tương thích trong quy trình CMOS, IMEC sẽ hỗ trợ chuyển chúng sang nhà máy quang tử mới được xây dựng ở Malaga, Tây Ban Nha để tùy chỉnh quy trình. Động thái này được coi là một biểu tượng quan trọng của sự tiến hóa của các chip kim cương từ "thiết bị thử nghiệm" sang "các nút quy trình tiêu chuẩn".

 

Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL) là một đơn vị triển khai quan trọng của chính phủ Hoa Kỳ trong thử nghiệm hệ thống lượng tử kim cương. Phòng thí nghiệm đã ký một thỏa thuận mua sắm và sẽ nhận được ba bộ hệ thống sáng chói lượng tử vào năm 2025 để tính toán song song thông lượng cao, kết nối hệ thống lượng tử và xây dựng nền tảng thí nghiệm mô phỏng hóa học. ORNL cũng đang thúc đẩy các dự án nghiên cứu nội bộ để khám phá việc nhúng các qPU kim cương vào các mảng điện toán GPU hiện có và so sánh sự khác biệt thực tế trong hiệu quả thuật toán, tiêu thụ năng lượng và kích thước mô -đun của các hệ thống siêu dẫn. Đồng thời, dự án gia tốc hệ thống lượng tử do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ tài trợ cũng đã bao gồm nghiên cứu về cảm biến lượng tử kim cương, tập trung vào sự phát triển của các máy dò từ lượng tử trong môi trường bức xạ cao.

Tại Nhật Bản, các dự án cảm biến chip và lượng tử kim cương đã bước vào giai đoạn hợp tác và quảng bá đa bộ phận. Sumitomo Electric là một trong số ít các công ty trên thế giới có khả năng sản xuất hàng loạt kim cương tinh thể hạng điện tử. Nhà máy KOBE của nó có khả năng sản xuất khối lượng kim cương cấp điện tử với độ dẫn nhiệt vượt quá 2000W/m · K. Ngoài việc cung cấp khách hàng bán dẫn điện, nó còn đóng vai trò là chất nền cho các thiết bị NV và hỗ trợ nhiều dự án nghiên cứu lượng tử do chính phủ Nhật Bản tài trợ. Năm 2023, AIST và Sumitomo Electric sẽ hợp tác để thúc đẩy các máy dò cộng hưởng từ độ nhạy cao dựa trên các trung tâm NV để phát hiện các tín hiệu từ vi mô trong các mô sinh học. Hệ thống này hiện đã hoàn thành việc xây dựng một nguyên mẫu nhỏ trong phòng thí nghiệm và đang bước vào giai đoạn xác minh của các kịch bản ứng dụng sinh học.

 

Tại Hoa Kỳ, ngoài ORNL, các phòng thí nghiệm bán dẫn AKHAN và HRL cũng đang tiến hành phát triển chip kim cương vật lý. Akhan tham gia vào sự phát triển thương mại của các thiết bị điện tử kim cương và đang xây dựng các chip quang tử tích hợp dựa trên kim cương, với mục tiêu sử dụng chúng trong các hệ thống truyền thông chiến thuật và các cảm biến chính xác quân sự. HRL tập trung nhiều hơn vào kỹ thuật đóng gói và phát triển giao diện điều khiển quang điện tử của Kim cương QPU. Nhóm của nó đã tiết lộ trong một báo cáo nội bộ vào năm 2024 rằng họ đã hoàn thành thử nghiệm bao bì kiểm soát toàn diện cho chip mảng NV 16 Qubit.

Ở Trung Quốc, lĩnh vực chip lượng tử kim cương vẫn chưa thành lập một chuỗi công nghiệp hoàn chỉnh, nhưng một số tổ chức nghiên cứu đã đạt được tiến bộ rõ ràng. Viện Vật lý của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã thực hiện thí nghiệm điều chỉnh kết hợp lượng tử của Trung tâm NV vào đầu năm 2019, và hiện đang thúc đẩy nghiên cứu ổn định của mảng nhiều bit dựa trên "cấu trúc kim cương bước". Năm 2023, Viện Công nghệ và Vật lý Thượng Hải của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và Phòng thí nghiệm Zhijiang cùng phát triển một "chip phát hiện đa trường lượng tử", đạt được cấu trúc mảng cảm biến NV cấp 100 bit và hoàn thành vòng thử nghiệm so sánh trong phát hiện tín hiệu từ tính yếu. Chip vẫn đang trong giai đoạn nguyên mẫu thử nghiệm, nhưng nhóm dự án đã bắt đầu xác thực phần mềm và phần cứng với các nhà sản xuất bộ điều khiển laser và FPGA trong nước.

 

Đại học Quốc gia Công nghệ Quốc phòng cũng đang thúc đẩy dự án kỹ thuật của một hệ thống đo lường từ trường dựa trên kim cương, và đã hoàn thành thử nghiệm tổng thể mô -đun phát hiện thông lượng từ tính. Năm 2024, hệ thống đã được áp dụng để tín hiệu che chắn các tác vụ giám sát trong môi trường điện từ phức tạp của một khu công nghiệp quân sự, với độ chính xác dữ liệu 3-5 lần tốt hơn các cảm biến hội trường truyền thống. Cũng có các báo cáo rằng Viện nghiên cứu xâm lấn tối thiểu Nam Kinh đang hợp tác với nhà sản xuất vật liệu quản lý nhiệt kim cương Tianke Heda để phát triển các cấu trúc cảm biến trên chip tiêu chuẩn trên nền tảng CVD kim cương tinh khiết cao của nó, với mục tiêu cung cấp nền tảng vật liệu trong nước với tiềm năng thương mại cho các cảm biến lượng tử.

 

Diamond, như một vật liệu đa chức năng cho các nhà cung cấp thông tin lượng tử, vật liệu đóng gói chip và nền tảng cảm biến, đã cho thấy tiềm năng cho các ứng dụng kỹ thuật trong nhiều lĩnh vực. Giai đoạn cạnh tranh tiếp theo có thể không còn là về 'ai có thể chứng minh tính khả thi', nhưng 'ai có thể triển khai ổn định, theo các đợt và một cách hòa nhập'