近日，Quantum Brilliance開始向Fraunhofer IAF和美國橡樹嶺國家實驗室交付其室溫量子計算系統(tǒng)，成為金剛石量子技術(shù)邁向工程實用化的轉(zhuǎn)折點。該公司采用氮空位（NV）中心作為量子比特，通過掃描探針技術(shù)在金剛石中實現(xiàn)亞納米級缺陷定位，完成了從樣機驗證向初代產(chǎn)品化的過渡。同時，它也啟動了與歐洲微電子中心IMEC的合作，探索將金剛石納入CMOS兼容的晶圓級工藝中，試圖推動片上量子處理器（QPU）的構(gòu)建。

       隨著全球量子計算與先進傳感技術(shù)進入工程轉(zhuǎn)化階段，金剛石材料正憑借其在常溫常壓條件下支持量子態(tài)控制的特性，被越來越多企業(yè)和研究機構(gòu)用于構(gòu)建量子芯片和高精度傳感器。不同于僅停留在原理驗證的實驗室成果，一批企業(yè)已推進到系統(tǒng)交付、設(shè)備小試和標準晶圓工藝線導(dǎo)入階段，形成具有實際落地場景的產(chǎn)業(yè)雛形。

       Quantum Brilliance是當前全球金剛石量子芯片領(lǐng)域工程化程度最高的公司之一。該公司采用氮空位結(jié)構(gòu)構(gòu)建量子比特，已于2024年向德國Fraunhofer IAF交付首套量子計算系統(tǒng)，并將于2025年向美國橡樹嶺國家實驗室交付三套標準系統(tǒng)。這些系統(tǒng)基于標準19英寸機架封裝，集成Quantum Brilliance自研的量子軟件開發(fā)工具包以及NVIDIA CUDA-Q平臺，支持混合量子-經(jīng)典計算模型，用于高性能分子建模、AI算法加速等場景測試。該公司還與澳大利亞國防部合作，在移動戰(zhàn)術(shù)終端中測試金剛石量子芯片用于邊緣AI推理與定位模塊的性能表現(xiàn)。

       Fraunhofer IAF是Quantum Brilliance合作方之一，也是金剛石量子傳感在德國本土工程化應(yīng)用的推進主體。該公司承擔了DE-Brill項目中的核心環(huán)節(jié)——通過掃描探針系統(tǒng)在金剛石晶體中實現(xiàn)亞納米級精度的NV缺陷結(jié)構(gòu)創(chuàng)建。除了技術(shù)研發(fā)，F(xiàn)raunhofer IAF亦在德國國防部支持下開展了金剛石量子傳感器的車載測試項目，部署于陸地導(dǎo)航、潛艇姿態(tài)測量和電磁異常探測等場景。2024年，F(xiàn)raunhofer正式發(fā)布QB-QDK 2.0平臺，將其金剛石量子處理單元與NVIDIA GPU、CPU聯(lián)合封裝為混合計算節(jié)點，支持第三方開發(fā)團隊開展量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和多模態(tài)傳感算法測試。

       IMEC是歐洲最大的半導(dǎo)體研究中心，正在與Quantum Brilliance合作，將金剛石材料導(dǎo)入12英寸光子晶圓工廠的標準工藝流程中。根據(jù)雙方協(xié)議，目標是在12個月內(nèi)建立一條適配金剛石的基礎(chǔ)工藝線，包括圖案化、光刻、離子注入與測試模塊。若在CMOS工藝中存在不兼容環(huán)節(jié)，IMEC將協(xié)助轉(zhuǎn)移至其在西班牙馬拉加的新建光子工廠進行工藝定制。此舉被視為金剛石芯片從“實驗設(shè)備”向“標準工藝節(jié)點”演進的重要標志。

       橡樹嶺國家實驗室（ORNL）是美國政府在金剛石量子系統(tǒng)測試方面的重點部署單位。該實驗室已簽訂采購協(xié)議，將于2025年前接收三套Quantum Brilliance系統(tǒng)，用于高通量并行計算、量子系統(tǒng)互聯(lián)以及化學(xué)模擬實驗平臺建設(shè)。ORNL同時也推進內(nèi)部研究項目，探索將金剛石QPU嵌入其現(xiàn)有GPU計算陣列中，并對比超導(dǎo)體系在算法效率、功耗與模塊體積上的實用性差異。與此同步，美國能源部資助的Quantum Systems Accelerator項目也已納入金剛石量子傳感器研究，聚焦于高輻射環(huán)境下的量子磁探測器開發(fā)。

       在日本，金剛石芯片與量子傳感項目已進入多部門協(xié)作推進階段。住友電工是全球為數(shù)不多具備電子級單晶金剛石量產(chǎn)能力的企業(yè)，其神戶工廠能夠批量生產(chǎn)導(dǎo)熱率超過2000W/m·K的電子級金剛石晶片，除供電力半導(dǎo)體客戶外，也作為NV器件基底支持多項日本政府資助的量子研究計劃。2023年，日本產(chǎn)綜研（AIST）與住友電工合作，推進基于NV中心的高靈敏磁共振探測器，用于生物組織中的微磁信號檢測。這一系統(tǒng)現(xiàn)已完成實驗室小型樣機搭建，正進入生物傳感應(yīng)用場景的驗證階段。

       在美國，除ORNL外，Akhan Semiconductor 和 HRL Laboratories也在進行金剛石芯片開發(fā)實體。Akhan從事金剛石電子器件的商業(yè)化開發(fā)，正在構(gòu)建基于金剛石的集成量子光子芯片，目標用于戰(zhàn)術(shù)級通信系統(tǒng)與軍用精密傳感器。HRL則更側(cè)重金剛石QPU的封裝工程與光電控制接口開發(fā)，其團隊已在2024年內(nèi)部報告中披露完成一款16量子比特級NV陣列芯片的全光控制封裝測試。

       在我國，金剛石量子芯片領(lǐng)域尚未形成完整產(chǎn)業(yè)鏈條，但部分科研機構(gòu)已有明確進展。中國科學(xué)院物理所早在2019年即開展NV中心的量子相干調(diào)控實驗，目前正推進基于“臺階狀金剛石結(jié)構(gòu)”的多比特陣列穩(wěn)定性研究。2023年，中科院上海技物所與之江實驗室聯(lián)合開發(fā)了“量子多場探測芯片”，實現(xiàn)100比特級NV傳感陣列結(jié)構(gòu)，并完成第一輪在微弱磁信號檢測場景下的對比測試。該芯片仍處于實驗原型階段，但項目團隊已啟動與國產(chǎn)激光器、FPGA控制器廠商的軟硬件協(xié)同驗證。

       國防科技大學(xué)也在推進基于金剛石的磁場測量系統(tǒng)工程化項目，已完成便攜式磁通量探測模塊的整機測試。2024年，該系統(tǒng)被應(yīng)用于某軍工園區(qū)復(fù)雜電磁環(huán)境下的信號屏蔽監(jiān)測任務(wù)，數(shù)據(jù)準確率優(yōu)于傳統(tǒng)霍爾傳感器3-5倍。另有消息稱，南京微創(chuàng)研究院正在與金剛石熱管理材料制造商天科合達合作，嘗試在其高純CVD金剛石平臺上開發(fā)標準片上傳感結(jié)構(gòu)，目標是為量子傳感器提供具備商業(yè)化潛力的國內(nèi)材料基礎(chǔ)。

       金剛石作為量子信息載體、芯片封裝材料與傳感平臺的多功能材料，已在多個領(lǐng)域顯現(xiàn)出工程應(yīng)用潛力。下一階段的競爭或?qū)⒉辉偈恰罢l能證明可行”，而是“誰能穩(wěn)定、批量、可集成地部署”。