→ Quantum Technology Atlasטכנולוגיות · מכונות · ארכיטקטורות · ארגוניםEnglishРусский

קישור ספין–פוטון במצב מוצק (SiV, NV, מרכז T) ic_spinphoton

שזירה פוטונית מבושרת בין אוגרי ספין מרוחקים במצב מוצק — מרכזי NV ו-SiV ביהלום, מרכזי T בצורן — דרך סיב טלקום פרוס.

קישור ספין–פוטון במצב מוצק (SiV, NV, מרכז T)

ic_spinphoton · שכבה 9 חיבור בין-מודולי · הודגם · מאז 2013
פתח במפה

שזירה על פני 25–35 km של סיב פרוס ב-0.02–1 Hz עם F 0.53–0.86; שתי תוצאות נפרדות של CNOT בטלפורטציה בין קריוסטטים — בבחירה בדיעבד על מרכזי T (Photonic Inc.) ובלתי מותנית על NV (QuTech).

סימוני המפה
טכנולוגיה חוצה — נושא מיוצר/במצב מוצק + חיבור בין-מודולי פוטוני
תקציר ←

מקורות מרכזיים

[783] H. Bernien et al., “Heralded entanglement between solid-state qubits separated by three me… · 2013
[784] A. J. Stolk et al., “Metropolitan-scale heralded entanglement of solid-state qubits,” Sci.… · 2024
[209] C. M. Knaut et al., “Entanglement of nanophotonic quantum memory nodes in a telecom networ… · 2024
[363] F. Afzal et al., “Distributed Quantum Computing in Silicon,” arXiv:2406.01704, Jun. 2024. · 2024

מרחב התכן — תכונות

(a) זיקת הנושא
ביניים / בלתי תלוי בנושא
(b) זמן · שזירה
—
(c) קריאה
—
(d) ניידות
קיוביטים מעופפים (פוטונים)
(e) בקרה
אופטית @ טמפרטורת החדר
(f) מבנה השגיאה
אובדן (מחיקה)
(g) ייצור
גידול יהלום / השתלה

מרחב ההערכה — תכונות מתוארכות

SiV over 35 km → F = 0.69, ≤ 1 Hz
מגדירה: ערוץ השגיאה · 2024-05 · מקור
NV Delft–The Hague 25 km → F = 0.534, 0.022 s⁻¹
מגדירה: ערוץ השגיאה · 2024-04 · מקור
T-centre inter-cryostat link (Photonic Inc.) → Bell F = 0.60(8) at 7.5 mHz; teleported-CNOT sequence post-selected, no gate fidelity
מגדירה: ערוץ השגיאה · 2024-06 · מקור
NV unconditional teleported CNOT (QuTech) → 63(4)% (4-qubit GHZ 64(4)%), real-time feed-forward, no post-selection
מגדירה: ערוץ השגיאה · 2026-05 · מקור

שתי התוצאות קיימות ונבדלות במהותן: ההדגמה של Photonic Inc. על מרכזי T מ-2024 היא קדם-פרסום בבחירה בדיעבד, עם טבלת אמת ולא נאמנות שער; תוצאת ה-NV של QuTech מ-2026 היא בלתי מותנית. ציטוטן יחד בלי ההבחנה הזאת מפריז בערכה של פלטפורמת מרכזי ה-T.

שחקנים ויעדים — ביאורים

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

קשתות

דורשת: ספין במרכז צבע / ספין פגם (NV, SiV, SnV, מרכז T), גילוי פוטון בודד (SNSPD / TES)
נחוצה עבור: קודי qLDPC לא-מקומיים (bivariate bicycle, "gross")°
° אחת מכמה שהיו מתאימות · הדרך המקובלת, לא דרישה מחייבת

בשימוש: 1 מכונה (1 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: Photonic crystal integration with a SiN optical waveguide. (a) SEM image of an integrated diamond photonic crystal on an optical waveguide…
An eight-panel figure. (a) A false-coloured scanning electron micrograph (5 µm scale bar) of a diamond photonic-crystal nanobeam (cyan, row of holes) laid across a silicon-nitride (SiN) waveguide taper (yellow) between aluminium pads, with a drawn layer-stack cross-section and an optical image of the chip edge (1 mm); (b), (e), (f) draw the diamond-to-SiN taper and the SiN-to-fibre edge coupler; (c), (d), (g), (h) plot their transmission against misalignment, taper length and top-layer refractive index. It comes from arXiv 2604.06984 by H. Kurokawa, H. Kosaka and co-authors. It shows how light from diamond colour-centre cavities reaches optical fibre for spin–photon links; the fibre is drawn, not photographed. “Fig. 2 — Figure 2: Photonic crystal integration with a SiN optical waveguide. (a) SEM image of an integrated diamond photonic crystal on an optical waveguide chip. The…” by H. Kurokawa et al., arxiv.org/abs/2604.06984, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 3 — Figure 4: Nuclear spin entanglement distribution through 35 km of deployed fiber. a. Schematic of quantum frequency conversion setup. At node A, the…
A four-panel figure (captioned Figure 4): (a) a drawing of two nodes built on silicon-vacancy centres in nanophotonic cavities, linked by converters that shift 737 nm photons to 1350 nm for telecom fibre; (b)–(c) plots of entanglement fidelity versus fibre length and of two-qubit measurement outcomes; (d) a street map of Boston/Cambridge tracing a 35 km deployed fibre loop. It comes from "Entanglement of Nanophotonic Quantum Memory Nodes in a Telecom Network" by Knaut, Suleymanzade, Wei and co-authors. Notice nuclear-spin entanglement fidelity staying above the dashed classical bound of 0.5. “Fig. 3 — Figure 4: Nuclear spin entanglement distribution through 35 km of deployed fiber. a. Schematic of quantum frequency conversion setup. At node A, the photonic…” by Can M. Knaut et al., arxiv.org/abs/2310.01316v2, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
Fig. 2 — Figure 2: Large-scale device integration. Optical images of (A) the 2-mm diamond chip and (B) a close up of one of the 16 sets of devices. Thru/drop…
A seven-panel paper figure: optical images of a 2-mm diamond chip carrying 16 sets of gallium phosphide resonators, electron micrographs of single devices, and room-temperature spectra and quality-factor data for 321 devices. It is Figure 2 of arXiv 2601.04733 by Nicholas S. Yama, Chun-Chi Wu, Fariba Hatami and Kai-Mei C. Fu. It shows how optical cavities for spin-photon interfaces can be made in large numbers on diamond; note the spread of resonance wavelengths and the grey band of devices that can be tuned onto the emitter. “Fig. 2 — Figure 2: Large-scale device integration. Optical images of (A) the 2-mm diamond chip and (B) a close up of one of the 16 sets of devices. Thru/drop devices…” by Nicholas S. Yama, Chun-Chi Wu, Fariba Hatami, Kai-Mei C. Fu, arxiv.org/abs/2601.04733, CC BY 4.0 (creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
ic_spinphoton · layer 9 חיבור בין-מודולי · centrality 10.4 · demonstrated · since 2013 · updated 2026-09-30

קישור ספין–פוטון במצב מוצק (SiV, NV, מרכז T)

שזירה פוטונית מבושרת בין אוגרי ספין מרוחקים במצב מוצק — מרכזי NV ו-SiV ביהלום, מרכזי T בצורן — דרך סיב טלקום פרוס.

Verdict. שערים בין קריוסטטים קיימים בשני המארחים: באופן בלתי מותנה על NV (63–64%), ורק בבחירה בדיעבד על מרכזי T. קצבים של 0.0075–1 Hz נמוכים פי 10⁵–10⁷ מ-~200 kHz, היעד הארכיטקטוני המיוחס ל-Photonic Inc. בעיתונות — נתון שלא אומת; הסיבה היא אובדן, לא קוהרנטיות.

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

כל צומת הוא קיוביט ספין במוצק — מרכז חנקן–ריקות או צורן–ריקות ביהלום, או מרכז T בצורן — שהמעבר האופטי שלו פולט פוטון השזור עם הספין. פוטונים משני צמתים מתאבכים על מפצל אלומה; תבנית הגילויים מבשרת על שזירת ספין–ספין בלי להסתמך על הערוץ, ולכן האובדן עולה בניסיונות, לא בנאמנות. Delft הדגימה את הגרסה המבושרת הראשונה במצב מוצק על פני 3 m ב-2013 D[783]; כל מה שבא מאז דחף את הפרוטוקול הזה אל סיבי טלקום פרוסים.

  • ניידות: הנושא מעופף (פוטון בסיב); שני הספינים נשארים נייחים.
  • מבנה השגיאות: האובדן שולט; יש לצטט יחד את הנאמנות המותנית ואת הקצב הבלתי מותנה.

פיזיקה וגבולות

הרצפה היא מכפלת הנצילויות של האיסוף, ההמרה וההעברה, והיא נכנסת לקצב בריבוע בפרוטוקולים דו-פוטוניים ובאופן ליניארי בפרוטוקול החד-פוטוני ש-Delft משתמשת בו בקנה מידה מטרופוליני D[784]. קו אפס-הפונונים הקוהרנטי נושא ~3% מהפליטה של מרכז NV, ~23% מזו של מרכז T ו-65–90% מזו של SiV Dfact, ולולאה עירונית פרוסה של 35 km גובה עוד 17 dB D[209]. אורך הגל קובע אם נדרשת המרה — NV ב-637 nm ו-SiV ב-737.2 nm זקוקים לה (Harvard ממירה ל-1,350 nm), ואילו מרכז T פולט ישירות סביב 1,326 nm, מדלג על שלב זה אך משלם במעבר חלש יותר P[363]. קוהרנטיות הספין אינה האילוץ: זיכרונות גרעיניים מחזיקים שזירה יותר מ-2 s D[209], הרבה מעבר לזמן ההלוך-ושוב בסיב, 0.25–0.35 ms. המנוף היחיד שמזיז את הרצפה הוא הגברה במהוד — מיקרו-מהוד סיבי סביב NV יחיד העלה את האיסוף התהודתי פי עשרה בערך, מ-~0.05% ל-~0.5%, תוך שמירה על קוהרנטיות הד מעל 100 µs D[359]; צעד אחד נוסף כזה יעבור את ~2% ההצלחה לניסיון שאובייקטיבים בעלי NA 0.8 מעניקים ליון לכוד D[116].

מצב ההנדסה העדכני

טבלה
שנה נתון מי תג+מפתח
2024-04 NV, צמתים במרחק 10 km זה מזה על פני 25 km של סיב פרוס, עם המרה לפס L של הטלקום: F = 0.534 ב-0.022 s⁻¹ QuTech/Delft D[784]
2024-05 SiV: F = 0.69(7) בין זיכרונות גרעיניים על פני לולאה פרוסה של 35 km בבוסטון; 0.86(3) אלקטרון–אלקטרון ב-20 m, ≤1 Hz Harvard D[209]
2024-06 מרכז T, שני מודולים בקריוסטטים נפרדים על פני ~40 m של סיב: נאמנות בל F = 0.60(8), ~7.5 mHz; רצף CNOT בטלפורטציה בבחירה בדיעבד, ללא נאמנות שער Photonic Inc. P[363]
2026-05 CNOT בטלפורטציה בלתי מותנה בין אוגרי NV בקריוסטטים נפרדים: GHZ של 4 קיוביטים 64(4)%, מצב בתיווך CNOT 63(4)% QuTech/Delft Dfact

האיבר השולט הוא נצילות האיסוף והבישור, לא קוהרנטיות הספין ולא שגיאת השער בתוך הצומת.

ייצור, חומרים ושרשרת האספקה

צמתי יהלום זקוקים לחומר CVD בדרגה קוונטית, ש-Element Six (בריטניה) היא ספקית הייחוס שלו Pfact, ולמהודים ננו-פוטוניים ששיעור התקינות שלהם הוא החסם, והוא לא פורסם: מחקר של Delft מ-2026 על מרכזי בדיל–ריקות אפיין 327 מהודים על שני שבבים בטמפרטורת החדר, מצא מרכזים מצומדים ב-7 מתוך 9 שקוררו ומדד בשניים קואופרטיביות מעל אחת Dfact — אין בו שיעור לשבב שלם, והוא המספר שכל הצעה של 10² צמתים צריכה. מרכזי T בצורן מחליפים איכות פולט בבשלות תהליך: השתלה ב-²⁸Si מועשר על קו CMOS, ופעולה ב-~1.5–4 K, לא במיליקלווין P[785]. שני קצות הקישור תלויים בגלאי ננו-תיל מבסיס מסחרי של חמישה ספקים — Single Quantum, ID Quantique (בבעלות IonQ), Photon Spot, Quantum Opus ו-Scontel ממוסקבה Pfact. אף סיווג פיקוח על יצוא אינו נוקב בקישורי ספין–פוטון.

בקרה, קריאה ועומס הקלט-פלט

לכל צומת: קריוסטט, בקרת ספין במיקרוגל, לייזרים תהודתיים לאתחול ולקריאה, שלב המרה אלא אם הפולט כבר בתחום הטלקום, סיב מיוצב בפאזה עד נקודת האמצע, וגלאים. העומס המכריע הוא מחזור העבודה, לא ההשהיה: ב-0.022 s⁻¹ קישור אחד מבלה 45 s לכל זוג בל, בזמן שלולאות הייצוב פועלות ברציפות. עשרה צמתים הם ניסוי; 10² צמתים בקצב של תת-הרץ אינם יכולים לשרת מעבד מבוזר, ו-10³ דורשים פולטים מרובבים ומערכי גלאים שאיש עוד לא הציב בשטח.

תפקיד במחסנית

הטכנולוגיה דורשת אוגר ספין במרכז צבע וגילוי פוטון בודד; בלי גלאים בעלי ספירות חושך נמוכות הבישור נכשל לחלוטין. היא אינה מספקת דבר לטכנולוגיה נוספת, והיא עומדת בראש ארכיטקטורת הרשת של ספיני הפגם. בכל ארכיטקטורה מבוזרת היא האיבר הקובע את הקצב: שום קוד אינו רץ על ארכיטקטורת הפגמים, ולכן במקום סכום סבב הסינדרום: שכבות שערים + הובלה + קריאה + איפוס, השעון הוא 45 s בקצב המטרופוליני של Delft ו-1.0 s בתוצאה הטובה ביותר של Harvard. ההשוואה החשובה היא מול החיבור הבין-מודולי המתחרה: הקישור של Oxford ביונים לכודים הגיע לנאמנות בל של 96.89(8)% ב-9.7 s⁻¹, עם CZ בטלפורטציה של 86.2(9)% Dfact — לעומת קישור ה-SiV הטוב ביותר של Harvard, 0.86(3) בקצב של עד 1 Hz לאורך 20 m, זהו קצב גבוה פי עשרה בערך ונאמנות גבוהה ב-11 נקודות אחוז, והשער בטלפורטציה גבוה ב-23 נקודות אחוז מ-63(4)% הבלתי מותנים של QuTech D[209]Dfact. טיעון הנגד של המצב המוצק הוא יכולת הייצור, לא הביצועים.

ראיות — כיצד נמדדו המספרים

שאלת הייחוס של ה-CNOT בטלפורטציה מוכרעת, ולא כייחוס שגוי: שתי התוצאות קיימות ונבדלות במהותן. Photonic Inc. שזרה שני מודולים של מרכזי T בקריוסטטים נפרדים על פני ~40 m והריצה רצף CNOT בטלפורטציה, אך ויתרה על הזנה קדימה וביצעה בחירה בדיעבד לפי גילוי פוטון, ודיווחה על טבלת אמת ולא על נאמנות שער; נכון ל-4 בספטמבר 2026 זהו עדיין קדם-פרסום מ-2024 P[363]. התוצאה של QuTech מ-2026 היא בלתי מותנית — הזנה קדימה בזמן אמת, ללא בחירה בדיעבד — ב-63(4)% וב-64(4)% Dfact. ציטוט שתיהן יחד בלי ההבחנה הזאת מפריז בערכה של פלטפורמת מרכזי ה-T. בשאר התוצאות הנאמנויות מותנות בבישור, ו-Harvard פוסלת ~23% מהנתונים לפי ספי ניגודיות ההחזרה D[209]. לאף תוצאה כאן אין שחזור בידי קבוצה שנייה.

לא פורסם: ספירה מתוארכת של משפחות פטנטים לקישורי ספין–פוטון.

שחקנים וכלכלה

מי.
| ארגון | תפקיד | מדינה | מה בדיוק הם עושים | ראיות |
|---|---|---|---|---|
| QuTech | מחקר | הולנד | קישור NV מטרופוליני; השער הבלתי מותנה היחיד בין קריוסטטים | Dfact |
| Photonic Inc. | מפתח | קנדה | מודולים של מרכזי T בצורן, פליטה ישירה בתחום הטלקום | P[363] |
| Harvard University | מחקר | ארה״ב | צומתי SiV ננו-פוטוניים על פני לולאה פרוסה של 35 km | D[209] |
| Fujitsu | מממן | יפן | מממנת את התוכנית המשותפת עם Delft למחשב מודולרי | Pfact |
| Microsoft | משקיע, שותף | ארה״ב | שיתוף פעולה ברישות מאז 2023; משקיעה חוזרת | Cfact |
| Single Quantum | ספק | הולנד | גלאי ננו-תיל מסחריים, התלות של הבישור | Pfact |

כספים. 2025-11-06 · Photonic Inc. · שלב B של DARPA QBI, ~12 חודשים · עד $15 M USD · תוכנית fact. 2026-05-12 · Photonic Inc. · סגירה סופית · $200 M USD לפי שווי של $2 B, $350 M במצטבר · Microsoft משקיעה שוב · נסגר Cfact. מתמשך · QuTech · התוכנית המשותפת עם Fujitsu PPS2007, מענק EU Quantum Internet Alliance 101080128, NWO Spinoza · ללא פירוט · מתמשך Pfact.

שוק ושרשרת אספקה. איש אינו מוכר קישור ספין–פוטון; הסחורות הנמכרות הן גלאים, יהלום, ²⁸Si מועשר, מודולי המרה וסיב מטרופוליני בחכירה. אספקת הגלאים היא צוואר הבקבוק המשותף — חמישה ספקים מסחריים, שאחד מהם נמצא כיום בבעלות IonQ — והיהלום מגיע ברובו מספק אחד, Element Six. הטכנולוגיה משתלמת עבור G6 מעצם הגדרתה, ועבור G7 היכן שמכונה מודולרית זקוקה לקישורים בין מודולים; לא עבור G1–G5, ולכן הכסף שלה הוא מימון של תוכניות — DARPA QBI, התוכנית המשותפת של Fujitsu ו-Delft, EU Quantum Internet Alliance, NWO — ועוד חברה מפתחת אחת במימון הון סיכון, Photonic Inc.

קניין רוחני ותקנים. נכון ל-4 בספטמבר 2026 לא אותרה משפחת פטנטים ייחודית לקישורי ספין–פוטון במאגר נקוב ומתוארך; מעמדה של Photonic Inc. במרכזי T מקורו בעבודה של Simon Fraser University, אך לא אוחזרה רשומה של בעל זכויות ותאריך. אף גוף תקינה אינו מסדיר ממשקי בישור; EU Quantum Internet Alliance הוא המבנה המתאם הקרוב ביותר.

מפות דרכים ועמידה בהבטחות. Photonic Inc. (הובטח 2023 · סבילות מבוזרת לתקלות "בתוך חמש שנים", ~2028 · מצב ב-4 בספטמבר 2026: אין מערכת רב-צמתית, והקישור מ-2024 עדיין בבחירה בדיעבד), עם יעד של ~200 kHz ב-99.8% R[785] — שבעה סדרי גודל בקצב ו-40 נקודות אחוז מעל התוצאה שפרסמה החברה עצמה, ולכן זהו יעד ארכיטקטוני, לא מפת דרכים. QuTech אינה מפרסמת מפת דרכים ומספקת תוצאה ברמת Nature בערך פעם בשנה — אמינה באספקה, כנה לגבי קצבים.

פרשנות אסטרטגית. אם הקישור הזה יבשיל, המנצחות יהיו ארכיטקטורות מודולריות שאינן יכולות לגדול באופן מונוליתי, ו-Microsoft תזכה באופציה על שכבה שאינה נדרשת לבנות בעצמה. המפסידות הן מפות דרכים מונוליתיות המניחות שהגדלה על השבב מספיקה. איום התחליף מוביל בנקודות: קישורי יונים לכודים מהירים ונקיים יותר, והתמרה ממיקרוגל לאופטי מכוונת לאותה משבצת. כוח המיקוח נמצא בידי ספקי הגלאים והיהלום.

תחזית ושאלות פתוחות

לאשר אם עד 2028 קבוצה כלשהי תקיים שזירה מבושרת בקצב של > 1 Hz, בנאמנות מעל F = 0.8, על פני > 20 km של סיב פרוס, או אם Photonic Inc. תפרסם שער בין-מודולי בלתי מותנה עם נאמנות; להוריד בדרגה אם תוצאות מרכזי ה-T יישארו קדם-פרסומים בבחירה בדיעבד. התרחיש הטוב ביותר ל-2029: הגברה במהוד בתוספת ריבוב מגיעה ל-10–100 Hz במרחק מטרופוליני. התרחיש הגרוע ביותר: קצבים של תת-הרץ, נאמנות של כ-0.7, וקישורי יון–פוטון תופסים את המשבצת. שאלות פתוחות: האם פליטה ישירה בתחום הטלקום עדיפה על המרה כשמביאים בחשבון את תפוקת הפוטונים של מרכז ה-T; איזה חלק מהמהודים בשבב עובר קואופרטיביות אחת, והאם אפשר להעלות אותו לרמה שרשת של 100 צמתים צריכה; האם מישהו מרבב בין פולטים.

מקורות
  1. [116] J. O'Reilly et al., “Fast photon-mediated entanglement of continuously-cooled trapped ions for quantum networking,” Phys. Rev. Lett., vol. 133, Art. no. 090802, Aug. 2024, doi: 10.1103/PhysRevLett.133.090802. arXiv:2404.16167. [D]
  2. [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]
  3. [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]
  4. [363] F. Afzal et al., “Distributed Quantum Computing in Silicon,” arXiv:2406.01704, Jun. 2024. [P]
  5. [783] H. Bernien et al., “Heralded entanglement between solid-state qubits separated by three metres,” Nature, vol. 497, no. 7447, pp. 86–90, May 2013, doi: 10.1038/nature12016. [D]
  6. [784] A. J. Stolk et al., “Metropolitan-scale heralded entanglement of solid-state qubits,” Sci. Adv., vol. 10, no. 44, Art. no. eadp6442, Oct. 2024, doi: 10.1126/sciadv.adp6442. arXiv:2404.03723. [D]
  7. [785] M. Ivezic, “Photonic Inc,” PostQuantum.com, Nov. 13, 2025. [Online]. Available: https://postquantum.com/quantum-computing-companies/photonic-inc/ [P]