Průlomový výzkum urychlí syntetické diamantové kvantové technologie

Dva nové průlomové výzkumy urychlí vývoj syntetických diamantových kvantových technologií, které mají zlepšit škálovatelnost a dramaticky snížit výrobní náklady.

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

Existují dvě hlavní bariéry pro tento přístup. První je obtížné vyrobit vrstvu jediného krystalického diamantu, která je méně 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.

“Pro použití diamantu v kvantových aplikacích potřebujeme přesně inženýrské ‘optické defekty’ v diamantových zařízeních – kavity 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 tenké vrstvě diamantu, aby se zajistilo, že světlo cestuje a odráží se ve směru, který je požadován,” pokračoval.

Tým byl schopen vytvořit jednoduché fotony krystalické kavity vyvinutím nové tvrdé maskovací metody, která spoléhá na tenkou kovovou 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 s nanoscale rozlišením,” řekl Regan.

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

“To také umožňuje post-fabricační transfer diamantových zařízení na substrát podle výběru za ambientních podmínek. A proces lze dále automatizovat, aby se vytvořily modulární komponenty pro diamantové kvantové fotony.”

Výhody nového přístupu

30nm široká vrstva wolframu je asi 10 000krát tenčí než lidský vlas. Přesto umožnila diamantový řez přes 300nm, což je rekordní selektivita pro diamantové zpracování.

Jedna z dalších velkých výhod tohoto přístupu je, že odstranění wolframové masky nevyžaduje použití hydrofluorové kyseliny, která je extrémně nebezpečnou kyselinou, která je目前 používaná. Díky tomu se zlepšuje bezpečnost a dostupnost diamantové nanofabricace.

Za účelem zlepšení nákladů a škálovatelnosti tým dokázal pěstovat jediné krystalické diamantové fotony struktury s vestavěnými kvantovými defekty z polykrystalického substrátu.

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

“Naše metoda eliminuje potřebu drahých diamantových materiálů a použití iontové implantace, což je klíčové pro urychlení komercializace diamantových kvantových hardwarů,” řekl Kianinia.

“Naše metoda nabízí první důkaz 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 diamantových kvantových hardwarů” Kianinia řekl.