ספין במרכז צבע / ספין פגם (NV, SiV, SnV, מרכז T)

Raveh Neeman

doi:10.5281/zenodo.22674814

ספין במרכז צבע / ספין פגם (NV, SiV, SnV, מרכז T) defect

ספין של פגם נקודתי ביהלום או בצורן, בר-מיעון אופטי, שהאלקטרון שלו מצטמד באופן קוהרנטי לפוטון — וזה הופך אותו לצומת רשת עם אוגר גרעיני קטן, ולא לקיוביט של מעבד.

defect · שכבה 1 נושא הקיוביט · הודגם · מאז 2004

פתח במפה

ספין בר-מיעון אופטי במארח מוצק; צומת רשת עם ממשק ספין–פוטון ולא קיוביט של מעבד.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[209] C. M. Knaut et al., “Entanglement of nanophotonic quantum memory nodes in a telecom networ… · 2024

[359] J. Fischer et al., “Spin-photon correlations from a Purcell-enhanced diamond nitrogen-vaca… · 2025

[360] M. Iuliano et al., “Unconditionally teleported quantum gates between remote solid-state qu… · 2026

[208] M. Swayne, “Fujitsu And QuTech Realize High-Precision Quantum Gates,” The Quantum Insider,… · 2025

[364] M. U. Rehman, “Top Diamond NV-Centre Quantum Computing Companies in 2026,” The Quantum Ins… · 2026

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא: ביניים / בלתי תלוי בנושא
(b) זמן · שזירה: 1.0 µs · דטרמיניסטית
(c) קריאה: פלואורסצנציה (PMT/SNSPD) · 100 µs · לא הרסנית · mid-circuit
(d) ניידות: קיוביטים מעופפים (פוטונים)
(e) בקרה: אופטית @ טמפרטורת החדר
(f) מבנה השגיאה: פאולי סטוכסטית, אובדן (מחיקה)
(g) ייצור: גידול יהלום / השתלה

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

NV gate errors (GST) → < 0.1% [P] — press release only, no primary paper

מגדירה: ערוץ השגיאה · 2025-03 · מקור

QuTech/Fujitsu, Harvard, Photonic Inc (מרכזי T), Quantum Brilliance. DNV-B1 של Element Six הוא דרגת חישה של *אנסמבל* NV, לא מצע לצומת של פגם בודד.

רשומות סטנדרטיות

רלקסציית T1 → 3600 s · הטוב ביותר

NV electron spin in a 10-qubit diamond register (4 K): T1 = 3.6(3)e3 s, i.e. > 1 hour · 2019-05 · מקור [D] ⓘ

קוהרנטיות T2 (הד/DD) → 600 ms · הטוב ביותר

NV electron spin: T2 ~ 0.6 s (580 ms) with 8192-pulse CPMG at 77 K in isotopically pure diamond · 2013-04 · מקור [D] ⓘ

זמן שער 1Q → 997 µs · טיפוסי

Delft NV register: nuclear-spin 1Q gates via electron-controlled DD take 419-2,371 us; electron MW Rabi is 14 MHz · 2019-05 · מקור [D] ⓘ

שגיאת סרק / זיכרון לסבב → לא פורסם · טיפוסי

No NV/SiV QEC round with a published per-round idle error · 2019-05 · מקור [D] ⓘ

שחקנים ויעדים — ביאורים

ספינים במרכזי צבע — צומתי רשת (NV/SiV/T) — QuTech/Fujitsu, Harvard, Photonic Inc, Quantum Brilliance · G6

קשתות

דורשת: גידול יהלום / השתלה (NV, SiV, SnV)·

נחוצה עבור: שערי ספין במיקרוגל / אופטיים (מרכזי פגם, ספינים 1Q)°, גילוי מצב בפלואורסצנציה (יונים, פגמים)°, קישור ספין–פוטון במצב מוצק (SiV, NV, מרכז T), קידוד בספין יחיד (לוס–דיווינצ'נזו) / בספין גרעיני°

° אחת מכמה שהיו מתאימות · הדרך המקובלת, לא דרישה מחייבת

בשימוש: 5 מכונות (5 ראשית · 0 חלופית)

ספיני פגם 5
Diamond-spin quantum computer prototype Fujitsu (with TU Delft and QuTech) עיתונות ▨ opening paragraph (SnV centers in photonic integrated circuits) ✅
Entanglement First modules Photonic Inc. מאמר דף מוצר דף מוצר ▣ Fig. 2A (T centre in Si lattice inside photonic-chip cavity); Fig. 3A (level structure) ✅
Quoll / QB-QDK 2.0 Quantum Brilliance עיתונות ▨ 🔎
QC2026 Dual Core SaxonQ עיתונות ▨ SaxonQ paragraph ('two parallel NV diamond processors at 5 qubits per core') ✅
SXQ4 SaxonQ דף מוצר ▦ SXQ4 card ('Scale 4 qubits', 'Cores 1 core'); technology paragraph ✅

↗ כרטיס המרשם שלה · מאמר / מוצר / עיתונות: קישורים שבהם המכונה נזכרת בשמה (הייחוס נבדק ב-20 בספטמבר 2026)

תמונות

כל תמונה מלווה בתיאור של מה שהיא מראה ובשורת הקרדיט שלה.

File:NV center in solid immersion lens.jpg — A two-part paper figure panel: a scanning electron micrograph of a dome-shaped solid immersion lens etched into diamond (1 µm scale bar), and a photoluminescence map showing a single NV centre at its middle, in photons per millisecond. It is by David A. Hopper, Henry J. Shulevitz and Lee C. Bassett (2018). The nitrogen-vacancy centre is a defect whose spin serves as a qubit; the lens, with the NV at its focus, directs its photons out of the diamond towards a detector, a setup often used for entanglement experiments. “NV center in solid immersion lens” by David A. Hopper, Henry J. Shulevitz, Lee C. Bassett, commons.wikimedia.org/wiki/File:NV_center_in_solid_immersion…, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Fig. 1 — Figure 1: a. Experimental setup for probing the collective emission of atom-like emitter arrays. b. The SiV centre is an atom-like emitter system wh… — A three-panel drawing: an optical set-up exciting a diamond sample in a 4 K chamber and imaging its emission, an energy-level scheme of the silicon-vacancy (SiV) centre with four transitions near 737 nm, and a square array of emitter sites. It is Fig. 1 of "Collective emission of subwavelengths atom-like emitter arrays in the presence of inhomogeneous broadening" by Uri Israeli, Rivka Bekenstein and colleagues. SiV centres behave like atoms; closely spaced sites can emit collectively, and the spread of individual emitter frequencies limits that effect. “Fig. 1 — Figure 1: a. Experimental setup for probing the collective emission of atom-like emitter arrays. b. The SiV centre is an atom-like emitter system whose ground…” by Uri Israeli et al., arxiv.org/abs/2606.07458, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

File:Si-V diamond PL map.jpg — Two false-colour confocal photoluminescence maps of a diamond: a 5 by 5 micrometre surface scan with about twenty bright spots, and a depth scan below it showing emitters roughly 1.5 micrometres under the surface (yellow dashed line). From a 2015 work by Yan Liu, Gengxu Chen, Fedor Jelezko and co-authors; the silicon-vacancy centres were created by implanting silicon ions. Each isolated spot is a single optically active defect, the kind of colour centre used as a spin qubit or photon source; notice how the depth scan locates one circled emitter. “Si-V diamond PL map” by Yan Liu et al., commons.wikimedia.org/wiki/File:Si-V_diamond_PL_map.jpg, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

defect · layer 1 נושא הקיוביט · centrality 4.2 · demonstrated · since 2004 · updated 2026-09-30

ספין במרכז צבע / ספין פגם (NV, SiV, SnV, מרכז T)

ספין של פגם נקודתי ביהלום או בצורן, בר-מיעון אופטי, שהאלקטרון שלו מצטמד באופן קוהרנטי לפוטון — וזה הופך אותו לצומת רשת עם אוגר גרעיני קטן, ולא לקיוביט של מעבד.

Verdict. ממשק הספין–פוטון הטוב ביותר במצב מוצק, אך קצבי קישור של מיליהרץ עד הרץ מחזיקים כל שחקן בתחומי הרישות והחישה; לאף פלטפורמת פגמים אין קיוביט לוגי או מפת דרכים מתוארכת למעבד.

Key references

Λ = מקדם דיכוי השגיאות לכל צעד במרחק הקוד; QBI = DARPA Quantum Benchmarking Initiative (שלב A — רעיון → B — תוכנית מו״פ → C — אימות ותיקוף (V&V) ממשלתיים); G1–G7 = מחלקות היעדים של הדוח (ראו "שחקנים וכלכלה").

זהות ומוצא

פגם נקודתי — חנקן–ריקות (NV), מרכזי צורן–ריקות ובדיל–ריקות מקבוצה IV ביהלום, או מרכז ה-T של הצורן — הנקרא בפלואורסצנציה ונשזר עם פוטון שהוא פולט, כשגרעינים סמוכים משמשים זיכרון קטן. בקרה קוהרנטית של ספין יחיד קיימת מאז 2004. ההבחנה החשובה היא הסימטריה: ל-NV אין סימטריית היפוך (inversion symmetry), ולכן הוא נודד ספקטרלית; ל-SiV ול-SnV יש סימטריית היפוך.
תכונות: פגם טבעי, מיקום מהונדס, מארח סטטי עם פוטון מעופף, שערים של ~1 µs; קריאה בפלואורסצנציה ~100 µs, לא הרסנית ובאמצע המעגל; בקרה אופטית ועוד מיקרוגל; שגיאת פאולי ושגיאת אובדן.

פיזיקה וגבולות

הכול נשען על הסיכוי שפגם מעורר ישלח פוטון שמיש לתוך הסיב. NV פולט אחוזים ספורים לקו אפס-הפונונים שלו ונודד ספקטרלית עם החלפות מטען, ולכן מהוד הוא הכרח — המיקרו-מהוד הסיבי של Delft העלה את האיסוף התהודתי מ-~0.05% ל-~0.5%, בקוהרנטיות הד מעל 100 µs D[359]. מרכזי קבוצה IV מקבעים את רוחב הקו בזכות הסימטריה, אך משלמים בטמפרטורה: SiV מתחת ל-100 mK, ו-SnV קרוב יותר ל-1–4 K. הקצב המבושר גדל כריבוע הנצילות — שיפור אופטי של 10× הוא 100× בקצב; קצב הקישור, לא שגיאת השער, הוא מדד הטיב. האובדן מבושר ונכנס לקוד כמחיקה — היתרון המבני היחיד על פני ספיני נקודות ותורמים.

מצב ההנדסה העדכני

טבלה

שנה	נתון	מי	תג+מפתח
2024-05-15	צומתי SiV ב-0.69(7) על פני 35 km של סיב פרוס, אובדן 17 dB	Harvard	D[209]
2025-11-27	איסוף פוטונים במיקרו-מהוד סיבי ~0.05% → ~0.5%	QuTech	D[359]
2026-05-26	CNOT בטלפורטציה ללא תנאי בין קריוסטטים, 63(4)%; GHZ 64(4)%	QuTech	D[360]

השערים המקומיים אינם הבעיה: Fujitsu ו-QuTech מדווחות על שגיאות NV מתחת ל-0.1% בטומוגרפיית ערכת שערים P[208]. האיסוף הוא השולט; לאף פלטפורמת פגמים אין קיוביט לוגי.

שגיאת השער של NV "מתחת ל-0.1%" של Fujitsu/QuTech באה רק מהודעה משותפת לעיתונות שהועברה בעיתונות המקצועית [208]. ההובלה של Element Six כמקור היהלום של רוב חברות מרכזי ה-NV נשענת על סקירה משנית [364]. ה-tCNOT של Photonic Inc. על מרכזי T נמדד בבחירה בדיעבד [363]. לא פורסם: מאמר שעבר ביקורת עמיתים עם פסי השגיאה של טומוגרפיית מערך השערים לנתון של Fujitsu/QuTech; נתוני הקיבולת, ההכנסות או המגזר הקוונטי של Element Six; פרסום בכתב עת על עבודת מרכזי ה-T של Photonic Inc., נכון ל-2026-09-04, ונאמנות שער ל-tCNOT שלה; ותאריכי שלוש ההתקנות של Quantum Brilliance ב-Oak Ridge, ב-Fraunhofer IAF וב-Pawsey [364].

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

מארחים: יהלום CVD עם פגמים מושתלים, או צורן בהנדסת פגמים עבור מרכזי T. Element Six היא הספקית המסחרית העיקרית, והיא מוכרת את DNV-B1 (2020-06-15) מן הקטלוג — אך דרגה זו מכוונת לאנסמבלים של NV C[361]; צומתי פגם בודד זקוקים ללוחות בדרגה אלקטרונית. קיימים שני מקורות קטנים יותר: Diatope, שיצאה ב-2021 מאוניברסיטת Ulm ומוכרת יהלום NV מהונדס, ומפעל הייצור ליהלום קוונטי של Quantum Brilliance ב-Melbourne (2025) P[364]. שיעור התקינות של ההתקנים הוא המספר החסר: המחקר של QuTech על SnV P[362] אפיין 327 ננו-מהודים בטמפרטורת החדר, מצא מרכזים מצומדים ב-7 מתוך 9 שקוררו ומדד בשניים קואופרטיביות מעל אחת, בלי שיעור לשבב שלם Dfact. הקלט-פלט האופטי אינו ניתן לריבוב — כל צומת זקוק ללייזר תהודתי משלו, לקו מיקרוגל, לגלאי ולהזנה קדימה מהירה D[360], ולכן העומס גדל לפי מספר הצמתים, ו-10³ צמתים אינם יעד של איש. הפיקוח על יצוא דווקא נוקב ביהלום: מאז 2022-08-15 חל ECCN 3C005.a על מצעים של יהלום מוליך למחצה ועל מטילים ממנו בהתנגדות סגולית מעל 10⁴ Ω·cm, ו-3C006 על מצעים כאלה הנושאים שכבה אפיטקסיאלית fact; אם לוח בדרגה קוונטית נחשב מצע מוליך למחצה — זו השאלה הפתוחה.

תפקיד במחסנית

ארכיטקטורה: ספינים במרכזי צבע — צומתי רשת (NV/SiV/T), כנושא הראשי שלה. המרשם מונה 5 מכונות המשתמשות בו, ביניהן QC2026 Dual Core של SaxonQ, Quoll / QB-QDK 2.0 של Quantum Brilliance ו-Diamond-spin quantum computer prototype של Fujitsu. דורש גידול יהלום או השתלה; מספק את שערי הספין, את הקריאה בפלואורסצנציה ואת קישור הספין–פוטון הנצרך בשכבות שמעליו. בשעון הנגזר שולטת ההובלה בשישה עד תשעה סדרי גודל: שערים של ~1 µs מול קישורים מבושרים בקצב של 7.5 mHz (מרכז T, 40 m) עד ~1 Hz (SiV, 20 m) P[363]D[209]. שתי טענות ל-CNOT בטלפורטציה מתקיימות זו לצד זו, אחת על מרכזי T ואחת על NV, ושתיהן נכונות. ה-tCNOT של Photonic Inc. על מרכזי T בין קריוסטטים נבחר בדיעבד, ללא הזנה קדימה וללא נאמנות שער, בנאמנות בל של 0.60(8) P[363]; שער ה-NV של QuTech הוא ללא תנאי, ב-63(4)% D[360]. רק השני הוא שער.

שחקנים וכלכלה

מי.
| ארגון | תפקיד | מדינה | מה בדיוק הם עושים | ראיות |
|---|---|---|---|---|
| QuTech | מפתח | הולנד | מהודים ל-NV, ננו-מהודים ל-SnV, CNOT בטלפורטציה | D[359], [360], fact |
| Photonic Inc. | מפתח | קנדה | מודולים של מרכזי T בצורן | P[363] |
| Harvard | מחקר | ארה״ב | צומתי SiV על גבי סיב עירוני | D[209] |
| Element Six | ספק | בריטניה | יהלום CVD למכירה בשוק | C[361] |
| Quantum Brilliance | מפתח | אוסטרליה | יחידות יהלום בטמפרטורת החדר | P[364] |

כספים. 2025-11-06 · Photonic Inc. · שלב B של QBI · עד USD 15 M · DARPA · הוענק fact. 2026-05-12 · Photonic Inc. · הון · USD 200 M לפי שווי של USD 2 B · Microsoft משקיעה שוב · USD 350 M במצטבר · נסגר P[186]. 2026-07 · QuantumDiamonds · EUR 91 M, מהם EUR 76 M מ-EU Chips Act · נסגר P[364].

שוק ושרשרת אספקה. שתי נקודות ריכוז: המצע, שבו שולטת Element Six ושתי החלופות לה קמו רק ב-2021 וב-2025, ובסיס גלאים דל לקריאה. הכנסות החישה מממנות את התחום; דבר כאן אינו נקנה עבור G3 או G4.

קניין רוחני ותקנים. נכון ל-4 בספטמבר 2026 אין משפחת פטנטים מתוארכת ממאגר נתונים מזוהה; דרגות ה-DNV של Element Six הן אמת המידה בפועל.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. Photonic Inc. (2023-11 · מחשוב מבוזר סובלני לתקלות "בתוך חמש שנים" · לא הושג; הקצב שפרסמה נמוך בשבעה סדרי גודל מיעד ה-~200 kHz שלה עצמה) P[364]. Quantum Brilliance מספקת במקום להבטיח; QuTech עומדת בלוח הזמנים.

פרשנות אסטרטגית. ספיני פגם ינצחו רק אם מודולים מבוזרים יתלכדו למערכת לפני שתגיע סבילות מונוליתית לתקלות — ואז כל פלטפורמה תקנה את הממשק הזה במקום לבנות אותו. ל-Element Six יש כוח של ספק משום שהיא לעולם אינה מתחרה בתכנון קיוביטים.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר/להוריד בדרגה (12–24 חודשים): שער בין-צמתי ללא תנאי מעל 90%, או קישור מעל 1 kHz, מאשרים את התזה; עוד שנתיים בקצבים של הרץ מורידות אותה לחישה. התרחיש הטוב ביותר ל-2029: מקטע רב-צמתי של ממסר קוונטי עם גילוי שגיאות. התרחיש הגרוע ביותר: קישורי מעבדה בלבד. פתוח: (1) האם מישהו יפרסם שיעור תקינות של התקני SnV לשבב שלם; (2) האם Diatope או מפעל הייצור של Quantum Brilliance יגדלו למקור שני בהיקף של Element Six; (3) האם קצבי מרכזי T יכולים להדביק את SiV.

מקורות

[186] M. Abdel-Kareem, “Photonic Inc. Reaches $2B Valuation with $200M Final Close,” Quantum Computing Report, May 12, 2026. [Online]. Available: https://quantumcomputingreport.com/photonic-inc-reaches-2b-valuation-with-200m-final-close/ [P]
[208] M. Swayne, “Fujitsu And QuTech Realize High-Precision Quantum Gates,” The Quantum Insider, Mar. 28, 2025. [Online]. Available: https://thequantuminsider.com/2025/03/28/fujitsu-and-qutech-realize-high-precision-quantum-gates/ [P]
[209] C. M. Knaut et al., “Entanglement of nanophotonic quantum memory nodes in a telecom network,” Nature, vol. 629, no. 8012, pp. 573–578, May 2024, doi: 10.1038/s41586-024-07252-z. [D]
[359] J. Fischer et al., “Spin-photon correlations from a Purcell-enhanced diamond nitrogen-vacancy center coupled to an open microcavity,” Nat. Commun., vol. 16, no. 1, Art. no. 11680, Nov. 2025, doi: 10.1038/s41467-025-66722-8. [D]
[360] M. Iuliano et al., “Unconditionally teleported quantum gates between remote solid-state qubit registers,” Nat. Commun., vol. 17, no. 1, Art. no. 4694, May 2026, doi: 10.1038/s41467-026-72818-6. [D]
[361] Element Six, “Element Six launches DNV-B1™ – its first commercially-available, general-purpose quantum grade diamond,” Jun. 15, 2020. [Online]. Available: https://www.e6.com/en/about/news/dnv-b1-launch [C]
[362] QuTech, “Coherent coupling of diamond colour centre to a nanocavity,” Jun. 25, 2026. [Online]. Available: https://qutech.nl/2026/06/25/a-step-toward-faster-quantum-networks/ [P]
[363] F. Afzal et al., “Distributed Quantum Computing in Silicon,” arXiv:2406.01704, Jun. 2024. [P]
[364] M. U. Rehman, “Top Diamond NV-Centre Quantum Computing Companies in 2026,” The Quantum Insider, Jul. 10, 2026. [Online]. Available: https://thequantuminsider.com/2026/07/10/8-quantum-computing-companies-working-with-nv-centre-in-diamond-technology/ [P]