www.188betkr.com 讯近日，量子计算公司IonQ与合成金刚石龙头Element Six联合宣布，在量子级金刚石薄膜制备方面取得重大突破。这一成果不仅是量子计算和量子网络领域的重要进展，也让金刚石材料在未来半导体和新型器件应用中展现出更广阔的前景。
此次研发的高质量量子级金刚石薄膜，最大的亮点在于能够通过标准半导体制造工艺进行加工。过去，量子器件对材料要求极高，对生产微米和纳米结构器件严格的材料要求将制造限制在定制制造上，难以规模化生产。如今，借助Element Six的先进材料和IonQ的工艺突破，金刚石薄膜可以与硅、氮化硅等衬底结合，使得金刚石器件能够与传统光电器件、电子控制层集成，形成混合型芯片系统。金刚石量子器件首次具备了走向产业化的条件。
金刚石在量子中的应用
从微观层面来看，金刚石是由碳原子按照特定的晶格结构排列而成的晶体。在理想状态下，每个碳原子都与周围的四个碳原子通过共价键紧密相连，形成规整的四面体结构，这种高度有序的排列赋予了金刚石卓越的硬度和稳定性。然而，在实际情况中，由于各种因素的影响，晶格中难免会出现一些“小插曲”，也就是我们所说的缺陷。
氮空位（NV）色心，是金刚石结构里氮原子取代碳原子后，与邻近空位共同构成的一种缺陷。而金刚石之所以能在量子领域发挥重要作用，核心就在于其内部的氮空位（NV）中心，这类中心不仅能在室温环境下维持量子态的稳定，还具备与光发生相互作用的特性，使得金刚石成为一种理想的物理平台，用于发展高性能的量子传感器和量子计算组件。
金刚石NV色心的物理结构示意图
量子计算：金刚石NV色心可作为一种量子比特的理想载体，同时该种自旋量子比特在室温下就有极长的相干时间，而且用光学方法和射频微波脉冲就可以实现极高效率的量子操控，这使得量子金刚石是实现量子计算的杰出候选。量子传感：基于激光和微波实现的NV色心电子自旋量子态操控和探测，可以实现对磁场、温度、电场、应力等物理量的精密测量。依据传感单元的尺寸和传感方式，基于金刚石NV色心的传感系统可以分为共聚焦光路、宽场成像、光纤体系等。量子通信：金刚石NV中心稳定的自旋状态与光、微波相互作用特性，使其成为量子通信中理想的量子比特载体。利用金刚石制备量子中继器，能够有效延长量子通信的传输距离，克服信号衰减等难题，为构建全球量子通信网络提供关键支撑。
关于IonQ和Element Six
IonQ是一家领先的商业量子计算、量子网络公司，提供旨在解决世界上最复杂问题的高性能系统。该公司正在加快其技术路线图，并计划到2030年提供世界上最强大的量子计算机，以加速药物发现、材料科学、金融建模、物流、网络安全和国防领域的创新。IonQ在量子网络方面的进步也使其成为构建量子互联网的领导者。
Element Six隶属于戴比尔斯集团，是设计、开发和生产合成金刚石先进材料的全球领导者。公司在全球范围内开展业务，主要制造工厂在美国、英国、爱尔兰、德国和南非。Element Six利用人造金刚石的极端特性，在光子学、声学、电力传输、水处理、热管理和传感器等领域开辟新的可能性。其先进材料解决方案广泛应用于多个行业，包括汽车与消费电子制造、石油天然气钻探与切削、以及采矿、道路、建筑和农业等领域的关键部件。
参考来源：
1.IonQ、Element Six官网
2.陈诺诚：基于金刚石NV色心的微弱微波场测量系统研究
3.www.188betkr.com ：缺陷成就“完美”？金刚石的量子世界
（www.188betkr.com 编辑整理/石语）
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