→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

שערי ספין במיקרוגל / אופטיים (מרכזי פגם, ספינים 1Q) g_mwspin

סיבוב תהודתי במיקרוגל של ספין האלקטרון בפגם, סיבוב המותנה בצימוד העל-דק של הגרעינים השכנים לו, ופולסים אופטיים לאתחול ולקריאה.

שערי ספין במיקרוגל / אופטיים (מרכזי פגם, ספינים 1Q)

g_mwspin · שכבה 3 מנגנון השער · הודגם · מאז 2004
פתח במפה

סיבובים המונעים ב-ESR/EDSR ושערים המותנים במצב העל-דק; שגיאה < 0.1% באוגרים של אלקטרון+גרעין ב-NV.

תקציר ←

מקורות מרכזיים

[208] M. Swayne, “Fujitsu And QuTech Realize High-Precision Quantum Gates,” The Quantum Insider,… · 2025
[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
[888] Y.-C. Zhou et al., “High-fidelity geometric quantum gates exceeding 99.9% in germanium qua… · 2026
[823] Oak Ridge National Laboratory, “Quantum Brilliance, ORNL pioneer quantum-classical hybrid … · 2025

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא
ביניים / בלתי תלוי בנושא
(b) זמן · שזירה
1.0 µs · דטרמיניסטית
(c) קריאה
—
(d) ניידות
חיווט סטטי לשכנים קרובים
(e) בקרה
מיקרוגל @ טמפרטורת החדר
(f) מבנה השגיאה
פאולי סטוכסטית, קוהרנטית / כיול
(g) ייצור
גידול יהלום / השתלה

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

NV 1Q/2Q (GST) → < 0.1% [P] — press release only, no primary paper
מגדירה: ערוץ השגיאה · 2025-03 · מקור

הנתון "< 0.1%" של Fujitsu/QuTech מצוטט מההודעה לעיתונות [P], המזכירה מאמר ב-Phys. Rev. Applied (2025-03-21) שטרם איתרנו.

רשומות סטנדרטיות

זמן שער 1Q → לא פורסם · טיפוסי
1Q durations are recorded on the carriers instead: qd_spin ~400 ns EDSR, defect 419-2,371 us nuclear gates · 2019-05 · מקור [D] ⓘ
שגיאת 2Q בפעולה מקבילית על כל הרוחב → לא פורסם · טיפוסי
The '<0.1%' NV gate figure (QuTech/Fujitsu, March 2025) is a press-release number for single gates; no parallel or simultaneous multi-qubit measurement is published · 2025-03 · מקור [P]
הפרעה הדדית → לא פורסם · טיפוסי
No crosstalk figure for NV or spin microwave gates in any primary source opened · 2019-05 · מקור [D] ⓘ

שחקנים ויעדים — ביאורים

ספינים במרכזי צבע — צומתי רשת (NV/SiV/T) — QuTech/Fujitsu, Harvard, Photonic Inc, Quantum Brilliance · G6
ספינים בנקודות קוונטיות בצורן / גרמניום (חלופית) — Intel, Diraq, Quantum Motion, HRL→IBM, QuTech/Groove, Quobly, Equal1 · G4 G7
ספיני תורמים בצורן (חלופית) — SQC · G7

קשתות

דורשת: ספין במרכז צבע / ספין פגם (NV, SiV, SnV, מרכז T)°, ספין בנקודה קוונטית המוגדרת באלקטרודות שער (Si/SiGe, SiMOS, Ge)°, ספין של אטום תורם (P ב-²⁸Si)°, בקרה חשמלית בפס בסיס (ספינים, מיורנה)°, אלקטרוניקה בטמפרטורת החדר + כבל קואקסיאלי/כבל גמיש לכל קיוביט°
° אחת מכמה שהיו מתאימות · הדרך המקובלת, לא דרישה מחייבת

בשימוש: 5 מכונות (5 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. 1 — Fig. 1: Device and measurement protocol of the 18-qubit modular array. a, False-colored scanning electron microscope image of the 18-qubit device. O…
A composite figure: a false-coloured scanning electron micrograph of an 18-qubit gate-defined quantum-dot array (100 nm scale bar), plus charge-stability maps and calibration plots. It is Fig. 1 of "Simultaneous operation of an 18-qubit modular array in germanium" by J.J. Dijkema, N.W. Hendrickx and colleagues. Each spin qubit sits under a blue plunger gate, with red barrier gates tuning the coupling between neighbours; the arrowed panels show the tune-up chain, from charge stability and Pauli spin blockade to Rabi and two-qubit spectroscopy. “Fig. 1 — Fig. 1: Device and measurement protocol of the 18-qubit modular array. a, False-colored scanning electron microscope image of the 18-qubit device. Ohmic…” by J.J. Dijkema et al., arxiv.org/abs/2604.01063, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 2 — Fig. 2: Statistical analysis of single-qubit coherence and gate fidelities across the array. a, Chevron pattern measurements for all 18 spin-qubits,…
A data figure for 18 spin qubits in gate-defined germanium quantum dots. (a) Rabi chevrons, one colour map per qubit: spin-flip probability versus drive frequency (about 200–370 MHz across the array) and number of rotations; (b) grids of each qubit's driving efficiency and g-factor (0.29–0.51); (c)–(e) distributions across the array of dephasing time T2* (average 6.2 µs), coherence time T2 under CPMG decoupling, and single-qubit gate error (average fidelity near 99.8%). It comes from Dijkema, Zhang, Hendrickx and co-authors, 'Simultaneous operation of an 18-qubit modular array in germanium'; all were measured without changing the dc voltage settings. The g-factor spread gives each qubit its own drive frequency. “Fig. 2 — Fig. 2: Statistical analysis of single-qubit coherence and gate fidelities across the array. a, Chevron pattern measurements for all 18 spin-qubits, showing…” by J.J. Dijkema et al., arxiv.org/abs/2604.01063, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 1 — Fig. 1: A 2 × 2 silicon spin qubit array.a Design schematic and false colored SEM image of a device nominally identical to the one measured. In the…
A three-part figure of a 2 × 2 silicon spin-qubit array. Panel (a) gives a colour legend of four layers — screening, accumulation and barrier gates and a micromagnet — a gate-layout drawing with four quantum dots and two sensor dots, and a false-coloured electron micrograph of a nominally identical device with the micromagnet on top. Panel (b) shows Rabi 'chevron' patterns for each qubit; panel (c) shows controlled-phase oscillations of neighbouring pairs versus barrier-gate voltage. From Nature Communications (2025), 'Baseband control of single-electron silicon spin qubits in two dimensions', by Florian K. Unseld, Lieven M. K. Vandersypen and co-authors. It shows gate-defined spin qubits in a two-dimensional layout. “Fig. 1 — Fig. 1: A 2 × 2 silicon spin qubit array.a Design schematic and false colored SEM image of a device nominally identical to the one measured. In the schematic…” by Unseld et al., www.nature.com/articles/s41467-025-60351-x, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
g_mwspin · layer 3 מנגנון השער · centrality 1.7 · demonstrated · since 2004 · updated 2026-09-30

שערי ספין במיקרוגל / אופטיים (מרכזי פגם, ספינים 1Q)

סיבוב תהודתי במיקרוגל של ספין האלקטרון בפגם, סיבוב המותנה בצימוד העל-דק של הגרעינים השכנים לו, ופולסים אופטיים לאתחול ולקריאה.

Verdict. שגיאת שער מתחת ל-0.1% בצומת יחיד, אך המחזורים האופטיים המאתחלים וקוראים את הספין הם גם מקור הדה-קוהרנטיות השולט שלו, ואף מדד ביצועים שבשימוש אינו מפריד בין השניים.

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

הנעת מיקרוגל תהודתית מסובבת את ספין האלקטרון של מרכז צבע בין תת-רמות של מצב היסוד — 2.87 GHz בשדה אפס ב-NV, זוג רמות המפוצל בפיצול זימן במרכזי קבוצה IV. צימוד על-דק לשכנים של ¹³C או ¹⁴N הופך אותם לניתנים למיעון בסיבובים מותנים — אוגר מפגם אחד. פולסים אופטיים מבצעים את האתחול ואת הקריאה שהמיקרוגל אינו יכול לבצע. הנעת ראבי קוהרנטית של פגם יחיד קיימת מאז 2004; אמת המידה היא טומוגרפיית ערכת שערים של Fujitsu/QuTech מתחת ל-0.1% P[208].
תכונות: מיקום מהונדס של פגם טבעי, סטטי, שזירה סביב 1 µs (אלקטרון) ובמילישניות (גרעין); בקרה במיקרוגל ועוד בקרה אופטית; שגיאת פאולי ושגיאה קוהרנטית.

פיזיקה וגבולות

שני קצבים קובעים את הארכיטקטורה: תדר ראבי של מגה-הרץ באלקטרון נותן שערים של עשרות עד מאות ננו-שניות, ואילו שערים גרעיניים המותנים בצימוד העל-דק פועלים בקילו-הרץ — איטיים בשלושה סדרי גודל, ולכן הזיכרון ארוך החיים הוא האיטי. הרצפה היא מחזור העבודה האופטי, לא הספק המיקרוגל: כל פולס אתחול או קריאה מעביר את הפגם דרך מצב מעורר שעלול ליינן אותו, ומזיז את סביבת המטען המקומית, ולכן השגיאה של השער הבא תלויה במספר הפוטונים שהקודם פיזר. טוהר איזוטופי של ¹²C מאריך את T₂ אך אינו עושה דבר בעניין זה; רק פחות מחזורים אופטיים לכל פעולה מזיזים את הרצפה, ולכן שיפור האיסוף של ~10× ב-Delft הוא תוצאה של שערים לא פחות מאשר של קישורים D[359].

מצב ההנדסה העדכני

טבלה
שנה נתון מי תג+מפתח
2025-03-28 שגיאת שער 1Q ו-2Q ב-NV מתחת ל-0.1% בטומוגרפיית ערכת שערים Fujitsu עם QuTech P[208]
2025-11-27 איסוף פוטונים תהודתי ~0.05% → ~0.5%, תוך שמירה על קוהרנטיות הד מעל 100 µs QuTech D[359]
2026-05-26 CNOT בטלפורטציה ללא תנאי בין קריוסטטים, 63(4)% QuTech D[360]

האיבר השולט: אי-יציבות מטען המושרית אופטית, לא בקרת המיקרוגל.

על ספיני חורים בגרמניום, צורה גיאומטרית של פולס תהודת ספין דיפולית-חשמלית (EDSR) — לולאה לא-אדיאבטית בת שלושה מקטעים, שהסיבוב שלה נקבע בידי הגיאומטריה של הלולאה ולא בידי הדינמיקה של הפולס — שמרה על X/2 ו-Y/2 מעל 99% בהיסט מיקרוגל של ±2.5 MHz ועל שער הסרק מעל 99% בהיסט של ±1.2 MHz, עם שיא של 99.98% (סרק), 99.80% (X/2) ו-99.97% (Y/2) בטומוגרפיית ערכת שערים P[888]. המחיר הוא משך ארוך פי ארבעה עד שישה מזה של השער הרגיל, והלולאה הטובה ביותר תלויה ברעש השולט.

נתון טומוגרפיית ערכת השערים של NV, מתחת ל-0.1%, נשען על הודעה משותפת לעיתונות של Fujitsu/QuTech שהועברה בעיתונות המקצועית [208], ללא מאמר בביקורת עמיתים עם תחומי שגיאה או תקציב שגיאות; הוא מסומן כאן P, ובדוח הראשי וברשומת הגרף D. לא פורסם: משכי שערים של ספין גרעיני לצד נאמנויות ה-NV, ולכן קצב ראבי בקילו-הרץ הוא מנגנון, לא נתון שנמדד בהתקן; תאריכים לאתרי ההצבה הנזכרים של Quantum Brilliance [823] וכל מימון אחרי סבב A מינואר 2025; ומפת דרכים מתוארכת עם מספרי קיוביטים מאף שחקן בתחום שערי הפגמים.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

השער יורש את אילוצי היהלום: גידול CVD מ-Element Six, פגמים מושתלים, ננו-פוטוניקה לכל התקן. שום דבר בשרשרת ההנעה אינו ניתן לריבוב: כל פגם ממוען צריך קו לייזר תהודתי משלו, הזנת מיקרוגל וערוץ גלאי, ולכן החומרה גדלה ליניארית עם מספר האתרים — ההפך ממתקן מיקרוגל משותף. השהיית הבקרה נקבעת בידי הקישור, לא בידי השער: ה-CNOT בטלפורטציה נזקק להזנה קדימה בתוך זמן החיים של הזיכרון D[360]. ב-10³ אתרים החומה היא מספר הלייזרים ופריסת הקווים האופטית, ואין תוכנית שפורסמה. אף כלל יצוא אינו נוקב במרכזי צבע.

תפקיד במחסנית

דורש את נושא מרכז הצבע ומספק את השער שבו משתמשת ארכיטקטורת צומתי הפגם; הוא גם השער החלופי בארכיטקטורות של ספינים בנקודות קוונטיות בצורן / גרמניום ושל ספיני תורמים. 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. התרומה שלו לשעון לעולם אינה מכרעת: שערי אלקטרון של ~10⁻⁷–10⁻⁶ s מול קריאה של ~100 µs וקישורים איטיים בשישה עד תשעה סדרי גודל; שום קוד אינו רץ בארכיטקטורת הפגמים, ולכן לסכום סבב הסינדרום: שכבות שערים + הובלה + קריאה + איפוס אין כאן ערך, וקצב הקישור הוא השעון. אימות: הנתון שמתחת ל-0.1% מגיע משיתוף פעולה אחד ופורסם בהודעה לעיתונות, וטומוגרפיית ערכת השערים, כפי שיושמה, אינה מפרידה בין שגיאת המיקרוגל לשגיאת מצב המטען המושרית אופטית — נתון מורכב שלא יעבור למחזור עבודה אחר של קריאה. ה-CNOT בטלפורטציה הוא ללא תנאי, בניגוד לתוצאת מרכזי ה-T שנבחרה בדיעבד, בנאמנות בל של 0.60(8) P[363].

שחקנים וכלכלה

מי.
| ארגון | תפקיד | מדינה | מה בדיוק הם עושים | ראיות |
|---|---|---|---|---|
| QuTech | מפתח | הולנד | בקרת NV במהוד, שער מרוחק | D[359], [360] |
| Fujitsu | משתמש | יפן | תוכנית משותפת לשערי NV | P[208] |
| Quantum Brilliance | מפתח | אוסטרליה | יחידות בטמפרטורת החדר | P[823] |
| Photonic Inc. | מפתח | קנדה | בקרת ספין במרכזי T | P[363] |
| Element Six | ספק | בריטניה | יהלום CVD מסחרי | P[364] |

כספים. 2026-05-12 · Photonic Inc. · הון מניות · USD 200 M לפי שווי של USD 2 B · Microsoft משקיעה שוב · נסגר Cfact. 2026-07 · QuantumDiamonds · EUR 91 M, מתוכם EUR 76 M מ-EU Chips Act · 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 במנגנון השער הזה.

שוק ושרשרת אספקה. ספק מסחרי יחיד של יהלום ובסיס גלאים דל הם סיכוני הריכוזיות; חומרת המיקרוגל משותפת לכל הפלטפורמות. משלמים עליו ב-G6 ובחישה קוונטית; שום כסף של G3 או G4 אינו מגיע לשער הזה.

קניין רוחני ותקנים. אין משפחת פטנטים מתוארכת ממאגר נתונים מזוהה נכון ל-4 בספטמבר 2026; אף גוף תקינה אינו עוסק בבקרת ספיני פגם.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. Quantum Brilliance (יחידות בשלוש מעבדות · סופקו, האתרים ללא תאריכים) P[823]. SaxonQ (QC2026 Dual Core · נשלח) P[364]. Photonic Inc. (סבילות לתקלות "בתוך חמש שנים" מ-2023-11 · טרם התממש). האמינות הפוכה: השחקנים הקטנים ביותר מספקים, והממומן ביותר מבטיח.

פרשנות אסטרטגית. השער הזה מנצח רק בתוך תזה של תקשורת ברשת או של מחשוב קצה, לא בתקציב הסבילות לתקלות. הספקים מחזיקים בכוח המיקוח: אף ספק אינו מוכר מחסנית משולבת לבקרת פגמים.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר/להוריד בדרגה (12–24 חודשים): תוצאת ערכת שערים מתחת ל-0.1%, בביקורת עמיתים, עם איבר מפורש לשגיאת מצב המטען — מאשרת; עוד שנתיים של נאמנויות בהודעות לעיתונות — מורידות אותו בדרגה. התרחיש הטוב ביותר ל-2029: אוגר רב-צמתי קטן עם גילוי שגיאות. התרחיש הגרוע ביותר: שערים מצוינים שלעולם אינם נכנסים לקוד. פתוח: (1) האם אפשר לרבב את המיעון האופטי; (2) האם מישהו ידווח על זמני שערים גרעיניים לצד נאמנויות; (3) האם פלטפורמת פגמים תגיע לקיוביט לוגי.

מקורות
  1. [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]
  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. [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]
  4. [363] F. Afzal et al., “Distributed Quantum Computing in Silicon,” arXiv:2406.01704, Jun. 2024. [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]
  6. [823] Oak Ridge National Laboratory, “Quantum Brilliance, ORNL pioneer quantum-classical hybrid computing,” ORNL News, Sep. 2, 2025. [Online]. Available: https://www.ornl.gov/news/quantum-brilliance-ornl-pioneer-quantum-classical-hybrid-computing Also https://www.iaf.fraunhofer.de/en/media-library/press-releases/first-room-temperature-quantum-accelerator-in-europe.html. Also https://quantumbrilliance.com/news/supercomputer-with-quantum-accelerator-pawsey-commissions-first-room-temperature-on-premises-quantum-computer-in-supercomputing-center/. [P]
  7. [888] Y.-C. Zhou et al., “High-fidelity geometric quantum gates exceeding 99.9% in germanium quantum dots,” arXiv:2609.33251, Sep. 2026. [P]