← Quantum Technology AtlasТехнологии · Машины · Архитектуры · ОрганизацииEnglishעברית

Выращивание алмаза / имплантация (NV, SiV, SnV) fab_diamond

Плазменное CVD-выращивание монокристаллического алмаза, ионная имплантация и отжиг для формирования NV-, SiV- или SnV-центров, а также подтравливание для построения нанофотоники вокруг них.

Выращивание алмаза / имплантация (NV, SiV, SnV)

fab_diamond · слой 10 Производство · продемонстрировано · с 2010
Открыть на карте

SnV-нанорезонаторы (QuTech, PRX 2026): 327 охарактеризованы при комнатной температуре на двух чипах, связанные центры в 7 из 9 охлаждённых, у двух измерена кооперативность выше единицы — выход годных по чипу не опубликован; алмазная фабрика Quantum Brilliance.

Обзор →

Ключевые источники

[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

Пространство проектирования — атрибуты

(a) сродство носителя
промежуточный / не зависящий от носителя
(b) время · запутывание
—
(c) считывание
—
(d) подвижность
—
(e) управление
—
(f) структура ошибки
стохастическая паулиевская
(g) производство
выращивание алмаза / имплантация

Пространство оценки — датированные атрибуты

device yield → 327 cavities resonance-characterised at room temperature (mean Q 1.1(4)×10⁴); coherent cooperativity > 1 shown on 2
определяет: путь масштабирования · 2026-06 · источник

DNV-B1 от Element Six (2020) — сенсорный сорт для *ансамблей* NV, а не подложка для сетевых узлов на одиночных дефектах, где нужны пластины электронного качества.

Стандартные рекорды

выход годных → не опубликовано · типичное
No pass fraction: 'Across two samples ... measuring resonances for 327 cavities'; only the 2 devices analysed in detail show C > 1 · 2026-06 · источник [D] ⓘ
разброс параметров → 0.36 · типичное
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 · источник [D] ⓘ

Участники и цели — аннотации

Спины центров окраски — узлы сети (NV/SiV/T) — QuTech/Fujitsu, Harvard, Photonic Inc, Quantum Brilliance · G6

Рёбра

нужен для: Центр окраски / спин дефекта (NV, SiV, SnV, T-центр)·
° одно из нескольких, что подошли бы · обычный маршрут, не строгая необходимость

Используют 4 машин (4 основная · 0 альтернатива)

↗ карточка реестра · статья / продукт / пресса: ссылки, где машина названа (атрибуция проверена 20 сентября 2026)

Иллюстрации

У каждой иллюстрации — рассказ о том, что на ней, и строка авторства.

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 · слой 10 Производство · центральность 1.7 · продемонстрировано · с 2010 · обновлено 2026-09-30

Выращивание алмаза / имплантация (NV, SiV, SnV)

Плазменное CVD-выращивание монокристаллического алмаза, ионная имплантация и отжиг для формирования NV-, SiV- или SnV-центров, а также подтравливание для построения нанофотоники вокруг них.

Вердикт. Две независимые лотереи — где остановится ион и как ляжет на него резонатор — определяют выход годных приборов, а его никто не публикует: QuTech охарактеризовал 327 SnV-резонаторов при комнатной температуре, нашёл связанные центры в 7 из 9 охлаждённых и измерил у двух кооперативность выше единицы.

Ключевые источники

Λ = коэффициент подавления ошибки на один шаг кодового расстояния; QBI = DARPA Quantum Benchmarking Initiative (Stage A — концепция → B — план НИОКР → C — государственная V&V); G1–G7 = классы целей отчёта (см. «Участники и экономика»).

Сущность и происхождение

Плазменный CVD выращивает монокристаллический алмаз на затравке; имплантируется азот, кремний или олово; высокотемпературный отжиг подвижняет вакансии, которые связываются с примесью в цветовой центр; затем оптическая структура вырезается из объёма. Именно последний шаг является определяющим ограничением: не существует ни пластины «алмаз-на-изоляторе», ни жертвенного слоя, поэтому резонаторы освобождаются подтравливанием того самого кристалла, в котором находится дефект. Технология изготовления на основе имплантации созрела примерно к 2010 году; исследование SnV-резонаторов, выполненное QuTech в 2026 году, задаёт ориентир Dфакт.
Атрибуты: инженерное размещение природного дефекта, отсутствие подвижности и шага управления, ошибка паулиевского типа после изготовления, алмазное производство без КМОП-аналога.

Физика и пределы

В одной точке должны одновременно сойтись три независимых обстоятельства. Ион обязан остановиться там, где задумано: разброс пробега составляет десятки нанометров — на порядок хуже, чем при размещении доноров сканирующим туннельным микроскопом (СТМ). Он должен превратиться в оптически качественный центр — лишь часть ионов принимает нужное зарядовое состояние, а остаточные радиационные повреждения уширяют линию. Далее вытравленный резонатор должен поместить максимум своего поля на этот центр: кооперативность идёт как g²/κγ, где g определяется положением внутри моды размером в несколько сотен нанометров. Три частных выхода перемножаются, и ни один не опубликован по целому чипу: из 327 резонаторов, охарактеризованных при комнатной температуре, охладили 9, в 7 из них оказался связанный SnV-центр, а у двух, измеренных полностью, когерентная кооперативность достигла 8.3 и 1.6 Dфакт. Сдвинуть этот пол способны только детерминированная одноионная имплантация с детектированием события либо дельта-легирование в процессе выращивания с регистрацией положения; ни того, ни другого на уровне приборов не существует.

Достигнутый инженерный уровень

таблица
Год Показатель Кто Тег+ключ
2024-05-15 имплантированные SiV-узлы нанофотоники с 0.69(7) через 35 km волокна Harvard D[209]
2025-11-27 волоконный микрорезонатор вокруг объёмного NV поднимает сбор с ~0.05% до ~0.5% QuTech D[359]
2026-06 327 SnV-нанорезонаторов на двух чипах, средняя Q 1.1×10⁴ при комнатной температуре; связанные центры в 7 из 9 охлаждённых; когерентная кооперативность до 8.3 QuTech Dфакт

Доминирующий член: выход годных приборов. Волоконный микрорезонатор — ответ настолько же производственный, насколько и оптический: резонатор располагается вне кристалла, что снимает лотерею подтравливания.

Исследование SnV на 327 резонаторах, впервые известное по новостной заметке [362], опубликовано в Physical Review X факт: все 327 резонаторов охарактеризованы при комнатной температуре, охлаждены лишь 9, и два устройства «излучатель–резонатор», измеренные полностью, превысили кооперативность единица; результат из одного источника и не воспроизведён. Имплантация ¹²⁰Sn при 350 keV даёт глубину 88 ± 16 nm факт — разброс в десятки нанометров. Лидерство Element Six как поставщика алмаза для большинства компаний, работающих с NV-центрами, опирается на вторичный обзор [364]. Не опубликовано: доля из 327 резонаторов с кооперативностью выше единицы, поэтому выход годных устройств неизвестен; боковой разброс имплантации и выход преобразования ионов в пригодные центры; датированные мощности, выручка или инвестиции квантового сегмента Element Six; стоимость устройства, число пластин или производительность для какого-либо алмазного квантового процесса.

Производство, материалы и цепочка поставок

Element Six — главный коммерческий поставщик, продающий пластины по каталогу; его марка DNV-B1 (2020-06-15) ориентирована на ансамбли NV, тогда как работа с одиночными дефектами требует монокристалла электронного качества C[361]. Его мощности по выращиванию расположены в Великобритании и Калифорнии C[361]; два источника поменьше — Diatope, компания, выделившаяся из Ульмского университета (2021) и продающая инженерный NV-алмаз, и фабрика квантового алмаза Quantum Brilliance в Мельбурне, открытая в 2025 г., чтобы выпускать алмаз квантового качества в промышленном масштабе P[364]. Имплантация выполняется на ускорителях общего назначения; выращивание с обогащением по ¹²C стоит дороже. Ничто не находится на маршруте 300 mm: пластины миллиметрового масштаба обрабатываются поштучно, без публикуемого числа пластин, стоимости или производительности. Экспортная уязвимость не нулевая: с 2022-08-15 экспортный классификационный номер США (ECCN) 3C005.a называет алмазные полупроводниковые подложки, слитки и були с удельным сопротивлением выше 10⁴ Ω·cm, а 3C006 — эпитаксиальный слой алмаза на такой подложке факт; считается ли пластина электронного качества для квантовых задач полупроводниковой подложкой, официально не разъяснено, а цветовые центры не называет ни один ECCN. Нагрузка, передаваемая вверх: лазер и детектор на каждый узел.

Роль в стеке

Обеспечивает кристалл-носитель, необходимый спинам цветовых центров и их вентилям, — отсюда архитектура на дефектных узлах. Это дополнение к водородной СТМ-литографии, а не её замена: имплантация покупает производительность по площади ценой порядка величины в точности размещения, и ни один из маршрутов не публикует распределение выхода годных. Верификация: исследование 327 резонаторов выполнено одним институтом, объявлено в пресс-релизе P[362] и опубликовано в рецензируемом журнале Physical Review X Dфакт, и сопоставить его не с чем.

Участники и экономика

Кто.
| Организация | Роль | Страна | Что именно делает с технологией | Свидетельство |
|---|---|---|---|---|
| QuTech | исследования | Нидерланды | Изготовление SnV-нанорезонаторов и их криогенная характеризация | Dфакт |
| Element Six | поставщик | Великобритания | Коммерческие CVD-пластины алмаза | C[361] |
| Diatope | поставщик | Германия | Инженерный NV-алмаз; компания, выделившаяся из Ульмского университета (2021) | P[364] |
| Harvard | исследования | США | Имплантированная SiV-нанофотоника | D[209] |
| Quantum Brilliance | разработчик | Австралия | Установки, работающие при комнатной температуре; фабрика квантового алмаза в Мельбурне (2025) | P[364] |
| QuantumDiamonds | разработчик | Германия | NV-микроскопия, Мюнхен | P[364] |

Деньги. 2026-07 · QuantumDiamonds · грант и капитал · EUR 91 M, из них EUR 76 M по EU Chips Act · финансирование мюнхенского производства на EUR 152 M · сделка закрыта P[364]. 2025-01 · Quantum Brilliance · раунд A · USD 20 M · ~USD 58 M накопленным итогом · сделка закрыта P[364]. Ни одна стадия QBI не называет алмазное производство.

Рынок и цепочка поставок. Один доминирующий поставщик подложек — вот риск концентрации, а две альтернативы появились лишь в 2021 и 2025 гг.; ускорители и травильное оборудование универсальны. Юнит-экономика не публикуется. Работает на G6 и на сенсорику.

Интеллектуальная собственность и стандарты. Датированного патентного семейства из названной базы данных по состоянию на 4 сентября 2026 г. нет; марки DNV от Element Six являются де-факто ориентиром.

Дорожные карты и послужной список. QuTech (программа модульных вычислений · в графике) P[362]. QuantumDiamonds (мюнхенское производство, 2026-07 · слишком свежо для оценки) P[364]. Quantum Brilliance (установки в трёх лабораториях · поставлены, даты не указаны) P[364]. Ни один участник не публикует датированной цели по выходу годных.

Стратегическое прочтение. Element Six выигрывает при любом сценарии: он продаёт подложки участникам, которые конкурируют друг с другом, а не с ним. Волоконный микрорезонатор — тихая угроза: резонатор вне кристалла снимает бо́льшую часть проблемы нанофабрикации.

Перспективы и открытые вопросы

Подтвердить/понизить (12–24 месяца): детерминированная одноионная имплантация с детектированием события либо опубликованная по целому чипу доля резонаторов с кооперативностью выше единицы подтверждает; ещё два года без того и другого понижают это до исследовательского процесса. В лучшем случае к 2029: массивы масштаба чипа с десятками пригодных узлов. В худшем случае: каждый узел так и остаётся отобранным вручную. Открытые вопросы: (1) может ли точность имплантации приблизиться к одному нанометру; (2) вырастут ли Diatope или фабрика Quantum Brilliance во второй источник масштаба Element Six; (3) вытеснит ли связь с внешним резонатором монолитную нанофотонику.

Литература
  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]