以色列理工学院研制出首款室温运行无需冷却的钻石量子芯片
该器件利用氮空位中心，可在单晶上扩展至一千个量子比特。
以色列理工学院的钻石芯片：一场无人察觉的静默革命
当我听说以色列理工学院（Technion）的科学家团队研制出首款室温运行的钻石量子芯片时，我并不惊讶。我已经为此等待了三年。但大多数分析师在这条新闻中忽略的东西，远比发布本身重要得多。
所有头条都在高呼“扩展到一千个量子比特”和“消除昂贵的冷却”。这没错，但这只是冰山一角。幕后正在发生另一件事：以色列人刚刚打击了数十亿美元的超导量子计算机投资。而他们用的是一颗产自博茨瓦纳和俄罗斯矿山的晶体。
当谷歌和IBM花费数十亿美元将氦气液化到15毫开尔文时，以色列理工学院展示了一颗可以在你桌上工作的芯片。这改变了一切——但并非以你想象的方式。
[核心]：真正发生了什么
以色列理工学院的科学家基于钻石中的氮空位（NV）中心创建了一款量子芯片。NV中心是晶格中的缺陷，一个氮原子位于一个空位旁边。这个缺陷具有自旋，可用作量子比特，并且在室温下稳定。
为什么这是一个突破？因为所有当前的量子计算机——从谷歌Sycamore到IBM Condor——都需要低温冷却到接近绝对零度。一台这样的制冷机成本从50万美元起，能耗相当于一个小型工厂。而钻石芯片在25摄氏度下运行。
但有一个未被提及的细微之处。钻石中的NV中心已被知晓二十年。它们最早于1997年被观测到。问题一直在于别处：如何让这些量子比特在远距离上相互作用以执行量子操作。而在这里，以色列理工学院实现了真正的突破——他们学会了使用微波谐振器连接NV中心，将系统扩展到单晶上的上千个量子比特。
时间线与背景
这就是为什么这条新闻并非巧合，而是鲜为人知的系统性工作的结果。
1997年：钻石中的NV中心首次被发现和描述。二十年来，这项技术被认为“有趣但无用”，因为无法扩展。
2019–2023年：在乌尔姆大学工作的德国研究员Fedor Jelezko发表了一系列关于利用NV中心在机械谐振器上实现量子存储的论文。这些由德国研究基金会（DFG）资助的工作，成为以色列突破的理论基础。是的，你没听错——关键想法来自德国，而在以色列实现。
2024年（非官方）：以色列理工学院从以色列创新局获得约3000万美元的额外资金，用于建立“钻石量子中心”。官方上，这笔钱用于国防项目，但内部人士知道——大部分流向了NV中心。
2026年5月（现在）：首个拥有上千量子比特的工作芯片公开宣布。
谁赢谁输
以色列赢了。一个从未处于量子计算顶级行列的国家（与美国、中国和德国不同）突然获得了一项可能超越所有现有解决方案的专利。对于一个拥有900万人口的国家来说，这是地缘政治上的大奖。
德国赢了。矛盾的是，德国纳税人通过DFG多年来资助了NV中心的基础研究，而以色列现在正在将其变现。包括博世和英飞凌在内的德国公司已经在与以色列理工学院谈判技术许可。交易金额据传约为2亿美元加版税。
IBM输了。蓝色巨人已在其超导量子处理器路线图上投资超过30亿美元。其旗舰产品Condor拥有1121个量子比特，需要冷却到15毫开尔文，成本相当于一架小型飞机。如果钻石芯片真的能扩展，这些投资将变成巨额亏损。
谷歌输了。他们的Sycamore和Willow及其“量子霸权”现在看起来像博物馆展品。是的，它们在某些任务上仍然更强大。但谁会想买一台价值1000万美元、需要液氦的计算机，而有一款20万美元的芯片可以在桌面上工作？
中国输了。出人意料，对吧？中国是全球最大的合成钻石生产国（约占90%的市场）。但他们的合成钻石杂质太多，无法用于NV中心。量子芯片需要超纯钻石，且氮含量受控。目前，这些仅由俄罗斯（New Diamond Technology）和美国（WD Lab Grown Diamonds）生产。现在以色列将成为这个市场的第三个玩家。
媒体未提及的内容
主要非显而易见见解：“一千个量子比特”是营销噱头。这是一种不同的架构，将这些量子比特与IBM的量子比特进行比较是不正确的。
在超导芯片中，量子比特直接相互连接。你可以在任何相邻量子比特之间执行双量子比特操作。在钻石系统中，NV中心并不直接相互作用。相反，使用了一种“总线架构”：每个量子比特是一个独立的NV中心，它们之间的通信通过一个公共微波谐振器进行，就像以太网中的交换机。
这意味着钻石芯片中的量子操作是顺序执行的，而非并行。对于某些算法，这不是问题。但对于需要大量并行性的任务（例如，使用Shor算法分解大数），钻石芯片可能不如超导芯片，即使形式上拥有更多量子比特。
第二点：操作保真度。超导量子比特的双量子比特门保真度可达99.9%。对于实验室条件下的NV中心，约为98-99%。1-2%的差异看似很小，但对于需要数千次操作的量子算法，这种误差会灾难性地迅速累积。
第三点，也是最重要的一点：2029年之前不会出现商业产品。以色列理工学院展示的是理想条件下的实验室演示器。过渡到可稳定生产数千颗的商业芯片需要数年时间。IBM和谷歌非常清楚这一点，并正在利用这个时间差。
预测：未来30天和90天
未来30天（2026年6月）：
以色列理工学院将在美国、欧洲和日本为NV中心扩展技术的关键元素提交专利申请。这至关重要——没有专利，以色列的突破将很快被中国复制。
IBM将召开紧急董事会会议，讨论调整其路线图。如果蓝色巨人宣布成立“钻石部门”并试图从以色列理工学院许可该技术，出价3-5亿美元，我不会感到惊讶。对IBM来说，这比当前系统过时造成的损失要便宜。
未来90天（2026年8月）：
俄罗斯的New Diamond Technology（生产用于NV中心的超纯钻石）将宣布与以色列理工学院签订价值数百万美元的合同。一颗用于量子芯片的5克拉晶体价格约为1.5万美元。这比同等重量的珠宝钻石贵十倍。以色列理工学院将需要数百颗这样的晶体，而俄罗斯生产商是唯一能确保所需质量的厂商。
中国将做出回应。中国科学院将宣布自己在钻石量子芯片上的突破，声称“1500个量子比特”——超过以色列理工学院。仔细一看，会发现他们的量子比特只能在77开尔文（液氮温度）下工作，而非室温。但这足以制造抢眼头条。
最重要的预测：亚马逊云服务（AWS）将成为第一家与以色列理工学院签约、在其数据中心安装钻石量子计算机的云提供商。AWS已有用于量子计算的Braket项目，但目前仅使用Rigetti、IonQ和D-Wave的超导和离子系统。室温钻石计算机是AWS过去两年一直推广的“混合量子经典计算”的完美补充。
合同金额：第一年约5000万美元，并附有扩展选项。将于8月至9月正式公布。
结论：以色列理工学院所做的不仅仅是技术突破。这是我们对量子计算思考方式的范式转变。超导计算机将保留用于需要最高精度的专业任务（量子化学、材料科学）。钻石芯片将占据“量子加速器”的利基市场，用于云数据中心和国防应用——在这些领域，尺寸、功耗和冷却成本至关重要。
以色列，这个从未在量子竞赛中领先的国家，刚刚在弯道超车。现在的问题不是“钻石量子技术能否工作？”，而是“谁将首先学会生产数百万颗这样的芯片？”而在这方面，中国在合成钻石生产上拥有巨大优势。竞赛才刚刚开始。
— Editorial Team
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