→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

גידול יהלום / השתלה (NV, SiV, SnV) fab_diamond

גידול יהלום חד-גבישי ב-CVD בפלזמה, השתלת יונים וריפוי ליצירת מרכזי NV, SiV או SnV, ואיכול תחתי לבניית הננו-פוטוניקה סביבם.

גידול יהלום / השתלה (NV, SiV, SnV)

fab_diamond · שכבה 10 ייצור · הודגם · מאז 2010
פתח במפה

ננו-מהודים ל-SnV (QuTech, PRX 2026): 327 אופיינו בטמפרטורת החדר על שני שבבים, מרכזים מצומדים ב-7 מתוך 9 שקוררו, בשניים נמדדה קואופרטיביות מעל אחת — לא פורסם שיעור תקינות לשבב שלם; מפעל ייצור ליהלומים של Quantum Brilliance.

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
[362] QuTech, “Coherent coupling of diamond colour centre to a nanocavity,” Jun. 25, 2026. [Onli… · 2026
[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
—
(c) קריאה
—
(d) ניידות
—
(e) בקרה
—
(f) מבנה השגיאה
פאולי סטוכסטית
(g) ייצור
גידול יהלום / השתלה

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

device yield → 327 cavities resonance-characterised at room temperature (mean Q 1.1(4)×10⁴); coherent cooperativity > 1 shown on 2
מגדירה: מסלול הגדלה · 2026-06 · מקור

DNV-B1 של Element Six (2020) הוא דרגת חישה של *אנסמבל* NV, לא מצע לצומתי רשת של פגם בודד, הדורשים לוחות בדרגה אלקטרונית.

רשומות סטנדרטיות

שיעור התקינות של ההתקנים → לא פורסם · טיפוסי
No pass fraction: 'Across two samples ... measuring resonances for 327 cavities'; only the 2 devices analysed in detail show C > 1 · 2026-06 · מקור [D] ⓘ
פיזור הפרמטרים → 0.36 · טיפוסי
SnV photonic-crystal cavities: average Q across all 327 devices 1.1(4)e4 -> ~36% relative spread; the best devices reach 25.4(4)e3 · 2026-06 · מקור [D] ⓘ

שחקנים ויעדים — ביאורים

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

קשתות

נחוצה עבור: ספין במרכז צבע / ספין פגם (NV, SiV, SnV, מרכז T)·
° אחת מכמה שהיו מתאימות · הדרך המקובלת, לא דרישה מחייבת

בשימוש: 4 מכונות (4 ראשית · 0 חלופית)

↗ 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.

Fig. 2 — Figure 2: (a) Fabrication process flow for diamond photonic devices (i) A graphitized layer at a well-defined depth is generated by a combination of…
A paper figure on making diamond photonic devices. (a) Ten cross-section drawings: helium implantation forms a buried graphitized layer, diamond is overgrown, silicon implanted through a mask forms silicon-vacancy (SiV) centres, membranes are etched free, gold-bonded to a substrate, thinned and patterned into photonics; (b)–(e) photographs and micrographs of electrochemical lift-off, membrane transfer and a grid of 0.5 mm hexagonal membranes; (f) micrographs of suspended nanobeam photonic-crystal cavities (2 µm scale). It is Fig. 2 of arXiv 2508.06675 (August 2025), “A scalable photonic quantum interconnect platform”, by Daniel Riedel, Teodoro Graziosi and colleagues. Many membranes processed at once, with cavities aligned to the emitters, give many spin-photon interfaces. “Fig. 2 — Figure 2: (a) Fabrication process flow for diamond photonic devices (i) A graphitized layer at a well-defined depth is generated by a combination of…” by Daniel Riedel et al., arxiv.org/abs/2508.06675, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
File:J nanoph-2019-0196 fig 001.jpg
A drawn paper figure (figure 1 of article nanoph-2019-0196) by Jason M. Smith, Simon A. Meynell, Ania C. Bleszynski Jayich and Jan Meijer, 2019, showing how nitrogen-vacancy centres are made in diamond. Step 1 adds nitrogen by plasma-assisted growth or implantation; step 2 creates vacancies by laser, ion implantation or electron irradiation; step 3 heats the crystal above 850 °C. The central inset shows the result: a nitrogen atom next to a missing carbon atom, the defect whose electron spin serves as a qubit. “J nanoph-2019-0196 fig 001” by Jason M. Smith, Simon A. Meynell, Ania C. Bleszynski Jayich and Jan Meijer, commons.wikimedia.org/wiki/File:J_nanoph-2019-0196_fig_001.j…, CC BY SA 4.0 (creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)
Fig. 2 — Figure 2: Fabrication. a, Schematic representation of the lock-and-release heterogeneous integration process employed to transfer the quantum microc…
A four-panel fabrication figure: (a) a drawing of the lock-and-release process that moves diamond quantum microchiplets from their diamond parent chip onto a CMOS chip; (b) a false-coloured electron micrograph of one diamond waveguide channel with a photon-collecting antenna, emitters drawn as spin icons; (c) an electron micrograph of one microchiplet, eleven diamond waveguides bridging trenches in the CMOS back end; (d) an optical micrograph of an 8×8 microchiplet array on the CMOS chip. It is Figure 2 of arXiv 2308.14289 (Li, De Santis, Harris, … Englund). It shows colour-centre spin–photon interfaces stacked on a CMOS chip: two-material integration, not a signal fan-out. “Fig. 2 — Figure 2: Fabrication. a, Schematic representation of the lock-and-release heterogeneous integration process employed to transfer the quantum microchiplet (QMC)” by Linsen Li et al., arxiv.org/abs/2308.14289, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
fab_diamond · layer 10 ייצור · centrality 1.7 · demonstrated · since 2010 · updated 2026-09-30

גידול יהלום / השתלה (NV, SiV, SnV)

גידול יהלום חד-גבישי ב-CVD בפלזמה, השתלת יונים וריפוי ליצירת מרכזי NV, SiV או SnV, ואיכול תחתי לבניית הננו-פוטוניקה סביבם.

Verdict. שתי הגרלות בלתי תלויות — היכן היון נעצר והיכן המהוד נוחת ביחס אליו — קובעות את שיעור התקינות של ההתקנים, ואיש אינו מפרסם אותו: QuTech אפיינה 327 מהודי SnV בטמפרטורת החדר, מצאה מרכזים מצומדים ב-7 מתוך 9 המהודים שקוררו, ומדדה בשניים קואופרטיביות מעל אחת.

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

בשיטת CVD בפלזמה מגדלים יהלום חד-גבישי על גביש זרע; חנקן, צורן או בדיל מושתלים בו; ריפוי בטמפרטורה גבוהה מניע ריקויות, והן נקשרות לאטום הזר ויוצרות מרכז צבע; ואז נחצב המבנה האופטי מתוך הגביש הנפחי. השלב האחרון הוא האילוץ המגדיר: אין פרוסת יהלום-על-מבודד ואין שכבה מוקרבת, ולכן המהודים משוחררים באיכול תחתי (undercut) של אותו גביש שמארח את הפגם. הייצור מבוסס ההשתלה הבשיל סביב 2010; המחקר של QuTech על מהודי SnV מ-2026 קובע את אמת המידה Dfact.
תכונות: מיקום מהונדס של פגם טבעי, ללא ניידות וללא שלב בקרה, שגיאת פאולי לאחר הייצור, ייצור יהלום שאין לו מקבילה ב-CMOS.

פיזיקה וגבולות

שלושה דברים בלתי תלויים חייבים להצליח באתר אחד. היון חייב להיעצר במקום המיועד: פיזור הטווח שלו (straggle) הוא עשרות ננומטרים, סדר גודל גרוע יותר ממיקום תורמים ב-STM. הוא חייב להפוך למרכז טוב מבחינה אופטית — רק חלק מהיונים מגיעים למצב המטען הרצוי, ונזק שיורי מרחיב את הקו. ואז המהוד שנוצר באיכול חייב להציב את מקסימום השדה שלו על אותו מרכז: הקואופרטיביות מתנהגת כ-g²/κγ, ו-g נקבע לפי המיקום בתוך אופן שרוחבו כמה מאות ננומטרים. שלושת שיעורי התקינות החלקיים מוכפלים זה בזה, ואף אחד מהם לא פורסם לשבב שלם: מתוך 327 מהודים שאופיינו בטמפרטורת החדר קוררו 9, ב-7 מהם נמצא מרכז SnV מצומד, ובשניים שנמדדו במלואם הגיעה הקואופרטיביות הקוהרנטית ל-8.3 ול-1.6 Dfact. רק השתלה דטרמיניסטית של יון בודד עם גילוי האירוע, או סימום דלתא במהלך הגידול עם רישום מיקום, מזיזים את הרצפה הזאת; אף אחת מהן אינה קיימת בקנה מידה של התקן.

מצב ההנדסה העדכני

טבלה
שנה נתון מי תג+מפתח
2024-05-15 צומתי SiV ננו-פוטוניים מושתלים ב-0.69(7) על פני 35 km של סיב Harvard D[209]
2025-11-27 מיקרו-מהוד סיבי סביב NV בגביש נפחי מעלה את האיסוף ~0.05% → ~0.5% QuTech D[359]
2026-06 327 ננו-מהודים ל-SnV על שני שבבים, Q ממוצע 1.1×10⁴ בטמפרטורת החדר; מרכזים מצומדים ב-7 מתוך 9 שקוררו; קואופרטיביות קוהרנטית עד 8.3 QuTech Dfact

האיבר השולט: שיעור התקינות של ההתקנים. המיקרו-מהוד הסיבי הוא תשובה של ייצור לא פחות משהוא תשובה אופטית: המהוד נמצא מחוץ לגביש, וכך נעלמת ההגרלה של האיכול התחתי.

מחקר ה-SnV על 327 חללים, שנודע לראשונה מידיעה חדשותית [362], פורסם ב-Physical Review X fact: 327 החללים אופיינו בטמפרטורת החדר, רק 9 קוררו, ושני התקני הפולט–חלל שנמדדו במלואם עברו קואופרטיביות של אחד; התוצאה ממקור יחיד ולא שוחזרה. השתלת ה-¹²⁰Sn שלו ב-350 keV מגיעה לעומק 88 ± 16 nm fact, פיזור של עשרות ננומטרים. ההובלה של Element Six כמקור היהלום של רוב חברות מרכזי ה-NV נשענת על סקירה משנית [364]. לא פורסם: שיעור החללים מתוך 327 שמעל קואופרטיביות של אחד, ולכן תפוקת ההתקנים אינה ידועה; פיזור ההשתלה הרוחבי ותפוקת ההמרה מיון למרכז שמיש; נתון מתוארך של קיבולת, הכנסות או השקעה למגזר הקוונטי של Element Six; ועלות להתקן, מספר פרוסות או תפוקה לאף תהליך קוונטי ביהלום.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

הספקית המסחרית העיקרית היא Element Six, והיא מוכרת לוחות מן הקטלוג; דרגת DNV-B1 שלה (2020-06-15) מכוונת לאנסמבלים של NV, ואילו עבודה עם פגם בודד דורשת יהלום חד-גבישי בדרגה אלקטרונית C[361]. כושר הגידול שלה נמצא בבריטניה ובקליפורניה C[361]; שני מקורות קטנים יותר הם Diatope, שיצאה ב-2021 מאוניברסיטת Ulm ומוכרת יהלום NV מהונדס, ומפעל הייצור ליהלום קוונטי של Quantum Brilliance ב-Melbourne, שנפתח ב-2025 כדי לייצר יהלום בדרגה קוונטית בהיקף תעשייתי P[364]. ההשתלה נעשית במאיצים לשימוש כללי; גידול מועשר ב-¹²C יקר יותר. שום דבר כאן אינו במסלול ל-300 mm: לוחות בגודל מילימטרים מעובדים אחד-אחד, ולא פורסמו מספר פרוסות, עלות או תפוקה. החשיפה לפיקוח יצוא אינה אפסית: מאז 2022-08-15 נוקב סעיף ECCN 3C005.a (מספר סיווג אמריקאי לפיקוח יצוא) במצעים, במטילים ובגושי גביש של יהלום כמוליך למחצה בעלי התנגדות סגולית מעל 10⁴ Ω·cm, וסעיף 3C006 בשכבת יהלום אפיטקסיאלית על מצע כזה fact; אם לוח בדרגה אלקטרונית לשימוש קוונטי נחשב מצע של מוליך למחצה — טרם הוכרע, ואף ECCN אינו נוקב במרכזי צבע. העומס המועבר לשכבות שמעל: לייזר וגלאי לכל אתר.

תפקיד במחסנית

מספק את הגביש המארח שספיני מרכזי הצבע והשערים שלהם זקוקים לו, ובכך משרת את ארכיטקטורת צומתי הפגם. הוא המקבילה של ליתוגרפיית המימן ב-STM, לא תחליף לה: ההשתלה קונה תפוקה בשטח במחיר של סדר גודל אחד בדיוק המיקום, ואף אחד משני המסלולים אינו מפרסם התפלגות של שיעור התקינות. אימות: המחקר על 327 המהודים בא ממוסד אחד, הוכרז בהודעה לעיתונות P[362] ופורסם לאחר ביקורת עמיתים ב-Physical Review X Dfact, ואין תוצאה עצמאית שמולה אפשר לבדוק אותו.

שחקנים וכלכלה

מי.
| ארגון | תפקיד | מדינה | מה בדיוק הם עושים | ראיות |
|---|---|---|---|---|
| QuTech | מחקר | הולנד | ייצור ננו-מהודים ל-SnV ואפיונם בטמפרטורות קריוגניות | Dfact |
| Element Six | ספק | בריטניה | לוחות יהלום CVD מסחריים | C[361] |
| Diatope | ספק | גרמניה | יהלום NV מהונדס; יצאה מאוניברסיטת Ulm (2021) | P[364] |
| Harvard | מחקר | ארה״ב | ננו-פוטוניקה של SiV מושתל | D[209] |
| Quantum Brilliance | מפתח | אוסטרליה | יחידות בטמפרטורת החדר; מפעל ייצור ליהלום קוונטי ב-Melbourne (2025) | P[364] |
| QuantumDiamonds | מפתח | גרמניה | מיקרוסקופיית NV, Munich | P[364] |

כספים. 2026-07 · QuantumDiamonds · מענק והון · EUR 91 M, מהם EUR 76 M מ-EU Chips Act · מימון מתקן בסך EUR 152 M ב-Munich · נסגר P[364]. 2025-01 · Quantum Brilliance · סבב A · USD 20 M · ~USD 58 M במצטבר · נסגר P[364]. אף שלב של QBI אינו נוקב בייצור יהלום.

שוק ושרשרת אספקה. ספק מצע דומיננטי אחד הוא סיכון הריכוז, ושתי החלופות לו קמו רק ב-2021 וב-2025; המאיצים וכלי האיכול גנריים. כלכלת היחידה לא פורסמה. תורם ל-G6 ולחישה.

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. QuTech (תוכנית המחשוב המודולרי · לפי לוח הזמנים) P[362]. QuantumDiamonds (מתקן Munich, 2026-07 · מוקדם מדי לשפוט) P[364]. Quantum Brilliance (יחידות בשלוש מעבדות · סופקו, ללא תאריכים) P[364]. אף שחקן אינו מפרסם יעד מתוארך לשיעור התקינות.

פרשנות אסטרטגית. Element Six מנצחת בכל תרחיש: היא מוכרת מצע לשחקנים שמתחרים זה בזה ולא בה. המיקרו-מהוד הסיבי הוא האיום השקט — מהוד מחוץ לגביש מסלק את רוב בעיית הננו-ייצור.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר/להוריד בדרגה (12–24 חודשים): השתלה דטרמיניסטית של יון בודד עם גילוי האירוע, או שיעור שפורסם לשבב שלם של מהודים מעל קואופרטיביות אחת — מאשרים; עוד שנתיים בלי אף אחד מהם — מורידות את הטכנולוגיה בדרגה לתהליך מחקרי. התרחיש הטוב ביותר ל-2029: מערכים בקנה מידה של שבב עם עשרות צמתים שמישים. התרחיש הגרוע ביותר: כל צומת נשאר נבחר ביד. פתוח: (1) האם דיוק ההשתלה יכול להתקרב לננומטר אחד; (2) האם Diatope או מפעל הייצור של Quantum Brilliance יגדלו למקור שני בהיקף של Element Six; (3) האם צימוד למהוד חיצוני ידחק את הננו-פוטוניקה המונוליתית.

מקורות
  1. [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]
  2. [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]
  3. [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]
  4. [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]
  5. [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]