Průlomový výzkum urychlí syntetickou diamantovou kvantovou technologií

Dva nové průlomové výzkumy urychlí vývoj syntetické diamantové kvantové technologie, která má zlepšit škálovatelnost a dramaticky snížit výrobní náklady. 

Hardware počítačů a mobilních telefonů často spoléhá na křemík, ale diamant má specifické vlastnosti, které z něj činí užitečnou základnu pro kvantové technologie, jako jsou kvantové superpočítače, zabezpečené komunikace a senzory. 

Existují dvě hlavní bariéry pro tento přístup. První je obtížnost výroby jediné krystalické diamantové vrstvy, která je menší než jeden miliontina metru, a druhá je vysoká cena.

Nové výzkumné články

Dva nové výzkumné články z ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optics na University of Technology Sydney (UTS) byly nedávno publikovány a řeší tyto problémy. Výzkumný tým je veden profesorem Igorem Aharonovichem a články byly publikovány v Nanoscale a Advanced Quantum Technologies. 

“Aby mohl být diamant použit v kvantových aplikacích, musíme přesně inženýrsky navrhnout ‘optické defekty’ v diamantových zařízeních – dutiny a vlnovody – pro kontrolu, manipulaci a čtení informací ve formě qubitů – kvantové verze klasických počítačových bitů,” řekl profesor Aharonovich.

“Je to podobné jako vyřezávání děr nebo vyřezávání příkopů v extrémně tenké vrstvě diamantu, aby se zajistilo, že světlo putuje a odráží se požadovaným směrem,” pokračoval.

Tým byl schopen vytvořit jednorozměrné fotonické krystalické dutiny pomocí nové tvrdé maskovací metody, která spoléhá na tenkou vrstvu wolframu pro vzorování diamantové nanostruktury. 

Kandidát PhD na UTS Blake Regan je hlavním autorem článku Nanoscale . 

“Použití wolframu jako tvrdé masky řeší několik nedostatků diamantové výroby. Jedná se o uniformní omezující vodivou vrstvu, která zlepšuje životaschopnost elektronové litografie při nanoškálovém rozlišení,” řekl Regan. 

Podle Regana tým nabízí první důkazy o růstu jediné krystalické diamantové struktury z polykrystalického materiálu pomocí bottom-up přístupu. 

“To také umožňuje přenositelnost diamantových zařízení na substrát podle výběru za ambientních podmínek. A proces lze dále automatizovat, aby se vytvořily modulární komponenty pro diamantovou kvantovou fotonickou obvodovou technologii,” pokračoval.

Výhody nového přístupu

30nm široká vrstva wolframu je asi 10 000krát tenčí než lidský vlas. Přesto umožnila diamantový lept o více než 300 nm, což je rekordní selektivita pro diamantový proces. 

Jednou z dalších velkých výhod tohoto přístupu je, že odstranění wolframové masky nevyžaduje použití kyseliny fluorovodíkové, která je extrémně nebezpečnou kyselinou, která je aktuálně používána. Díky tomu se dramaticky zlepšuje bezpečnost a dostupnost diamantového nanofabricačního procesu.

Za účelem zlepšení nákladů a škálovatelnosti se týmu podařilo pěstovat jedinou krystalickou diamantovou fotonickou strukturu s vestavěnými kvantovými defekty z polykrystalického substrátu.

Kandidát PhD na UTS Milad Nonahal je hlavním autorem studie publikované v Advanced Quantum Technologies. 

“Naše znalosti naznačují, že jsme první, kdo nabízí důkazy o růstu jediné krystalické diamantové struktury z polykrystalického materiálu pomocí bottom-up přístupu – jako růst květin z semen,” dodal.

Dr. Mehran Kianinia z UTS je seniorním autorem druhé studie. 

“Naše metoda eliminuje potřebu drahých diamantových materiálů a použití iontové implantace, což je klíčové pro urychlení komercializace diamantové kvantové hardwarové technologie” řekl Kianinia.