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金刚石在量子技术中的新应用
韭旱逢甘霖
2024-04-28 23:26:56

量子设备基石——金刚石材料

 量子事件驱动

1.据《日本经济新闻》报道,日本东京工业大学科学家研发的钻石量子传感器可将新能源汽车的续航里程增加约10%。该技术可精确测量储存的电量,从而最大限度地提高车载电池的性能。在迅速发展的各个领域,金刚石因杰出的特性,如高热导率、低热膨胀系数、高机械强度等,为存储、半导体、新能源车等行业带来革命性提升。

2.46日,亚马逊与钻石巨头戴比尔斯合作,开发用于量子计算的人造钻石。

3.谷歌研究称,最新量子计算机能够在几秒钟完成世界经典超算47年的计算,创下新里程碑

4.近日,日本国立研究机构——日本产业技术综合研究所(AIST)与全球图形处理器巨头英伟达宣布了一项重量级合作,双方将合力打造先进的量子计算系统。

5.4月10日~12日,美国提出《国防量子加速法案》,NIST明确#2030年# 前完成抗量子密码替换。

 金刚石材料驱动量子发展

 

 
量子技术是一种利用微小的量子粒子(例如电子、光子等)的特殊性质来进行各种操作的技术。金刚石因为拥有超高的导热性、导电性以及优异的光学特性,科学家常思考把它作为半导体材料应用于光电工程中的可能性,这也助推了金刚石在量子信息技术领域的发展。由于金刚石具有超宽的禁带宽度,使其位于禁带中深能级缺陷发光不被吸收而发射出来,形成一系列缺陷诱导的颜色中心,即所谓的“色心”。特别是,金刚石中与空位相关的缺陷,如氮空位或硅空位中心。这些色心具有类似“单原子”的分立能级,非常适合用于量子信息处理、量子计算的载体、量子精密测量领域。

荷兰代尔夫特理工大学的科学家将金刚石中的NV缺陷用作100%安全量子互联网中的“量子转发器节点”。在这样的网络中,量子点被机械地纠缠在一起,从而建立了一条从源到接收器的链,可以在远距离上传输量子信息。

目前,量子材料设计中金刚石为主要路线,全球有超过200个学术团队正在研究其量子性质的应用,也有越来越多的公司投入金刚石量子技术的开发:

 

 
市场空间

 量子计算中的金刚石应用

· 量子比特的实现:金刚石中的色心,尤其是NV中心,因其独特的量子特性,可以作为量子比特(qubits),在量子计算中用于执行运算。

· 高精度量子操作:金刚石的色心具有极高的量子操控精度,这对于构建高性能量子计算机至关重要。

· 室温下的量子计算:金刚石中的量子比特可以在室温下操作,这与许多其他量子计算平台需要极低温环境形成对比,有助于降低量子计算系统的复杂性和成本。

 目前,科学界普遍认为未来 5-10 年有望陆续实现量子计算的商用落地

 

 
我国当前量子通信市场规模超过800亿元,市场空间预计年复合增速超过30%,中美两国处于领先位置,行业前景广阔。

 

金刚石-量子领域众多企业已有所布局:

1. 国仪量子:旗下金刚石量子计算实验装置全球出货突破超百公司秉承“为国造仪”的理念,积极为解决“卡脖子” 问题贡献力量,陆续研制并发布了国际首台量子钻石原子力显微镜、金刚石量子计算教学 机,国内首台商用脉冲式电子顺磁共振谱仪、场发射扫描电子显微镜;

 图:国仪量子的金刚石量子计算机

 

1. 合成金刚石:中国人造金刚石销量占全球市场的 90%以上,其中的80%产量供应集中于河南省。目前河南省已形成包括原辅材料和专用设备仪器、超硬材料制品和市场销售一体化的超硬材料产业链,主要为中兵红箭、国机精工、黄河旋风、四方达、力量钻石、惠丰钻石等公司。

中兵红箭:公司全资子公司中南钻石连续多年在超硬材料领域市占率保持世界第一,可批量化稳定生产20克拉以内的培育金刚石产品。同时公司CVD培育钻石制备技术达到了国际主流水平,为拓展功能金刚石应用奠定基础。

       国机精工:技术实力雄厚。 公司已开发出了 2-3寸的金刚石光学片和散热片,正在加快产业化,窗口片有送样给军方测试;定增项目新型高功率 MP­C­VD 法大单晶金刚石项目(二期),设计总产能为65 万片/年,其中高品级 MP­C­VD 法超高导热单晶/多晶金刚石5万片,宝石级大单晶金刚石 60 万片。

四方达:产能快速扩张。控股子公司河南天璇半导体 4月19日与郑州经开区管委会签署《年产70万克拉功能性金刚石产业化项目投资协议》,用于CVD金刚石研发、生产与销售。

晶盛机电:公司全自动MP­C­VD法生长金刚石设备(型号XJL200A)经过长晶测试表明,能一次实现20颗以上4-5克拉毛坯钻石的生产能力,设备稳定性好,综合生长良率高,子公司晶信绿钻在人造钻石技术上实现新突破,成功完成10克拉级人造钻石的培育,广泛应用于5G通信、先进装备等高科技产业。

力量钻石:公司目前的部分产品在第三代半导体切、磨、抛加工方面广泛应用,同时我们也密切关注着金刚石半导体的发展趋势。

近期事件催化

2024.04.29金刚石量子功能器件学术报告

 

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中兵红箭
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黄河旋风
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力量钻石
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国机精工
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  • 天天
    春风吹又生的韭菜种子
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    谢谢分享
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  • 只看TA
    04-29 06:34
    谢谢分享,这个量子视角有意思的
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  • 只看TA
    04-29 06:25
    感谢分享
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  • SY1539
    只买龙头的机构
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    04-29 00:43
    金刚石
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  • 鱼儿
    蜜汁自信的随手单受害者
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    04-28 23:58
    谢谢
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  • 啸冠资本
    机构
    只看TA
    04-28 23:47
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  • 只看TA
    04-28 23:44
    四方达也是
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  • 只看TA
    04-28 23:34
    好文
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  • 只看TA
    04-28 23:34
    谢谢分享
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  • 只看TA
    04-28 23:34
    新思路
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