Επιστημονική Πρόοδος που Θα Επιταχύνει την Τεχνολογία Κβαντικών Υπολογιστών με Συνθετικά Διαμάντια

Δύο νέες επιστημονικές επιτεύξεις θα επιταχύνουν την ανάπτυξη τεχνολογίας κβαντικών υπολογιστών με βάση τα συνθετικά διαμάντια, η οποία έχει ως στόχο να βελτιώσει την κλιμάκωση και να μειώσει δραστικά το κόστος παραγωγής.

Ο υπολογιστής και το κινητό τηλέφωνο συχνά βασίζονται στο πυρίτιο, αλλά το διαμάντι έχει ιδιαίτερες ιδιότητες που το καθιστούν χρήσιμο ως βάση για κβαντικές τεχνολογίες όπως κβαντικοί υπερυπολογιστές, ασφαλείς επικοινωνίες και αισθητήρες.

Υπάρχουν δύο σημαντικά εμπόδια σε αυτήν την προσέγγιση. Πρώτον, είναι δύσκολο να κατασκευαστεί το στρώμα μονοκρυσταλλικού διαμαντιού, το οποίο είναι μικρότερο από ένα εκατομμύριο του μέτρου, και δεύτερον, τα κόστη είναι υψηλά.

Νέα Ερευνητικά Έργα

Δύο新的 ερευνητικά έργα από το ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optics στο Πανεπιστήμιο Τεχνολογίας της Σίδνεϋ (UTS) έχουν δημοσιευθεί πρόσφατα και αντιμετωπίζουν αυτά τα ζητήματα. Η ερευνητική ομάδα διευθύνεται από τον Καθηγητή Igor Aharonovich, και τα έργα έχουν δημοσιευθεί στα Nanoscale και Advanced Quantum Technologies.

“Για το διαμάντι να χρησιμοποιηθεί σε κβαντικές εφαρμογές, πρέπει να σχεδιάσουμε με ακρίβεια ‘οπτικές ελαττώματα’ στις συσκευές διαμαντιού — κενά και οδηγούς κυμάτων — για να ελέγξουμε, να χειριστούμε και να διαβάσουμε πληροφορίες υπό μορφή κβαντικών bit — την κβαντική εκδοχή των κλασικών bit υπολογιστή,” είπε ο Καθηγητής Aharonovich.

“Είναι σαν να κόβουμε τρύπες ή να σκαλίζουμε χαράδρες σε ένα υπέρ λεπτό φύλλο διαμαντιού, για να διασφαλίσουμε ότι το φως ταξιδεύει και ανακλά με την επιθυμητή κατεύθυνση,” συνέχισε.

Η ομάδα κατάφερε να δημιουργήσει μονοδιάστατους φωτονικούς κρυστάλλους με τη разработка μιας νέας μεθόδου σκληρής μάσκας, η οποία βασίζεται σε ένα λεπτό μεταλλικό στρώμα του волφραμίου για να σχηματίσει τη νανοδομή του διαμαντιού.

Ο υποψήφιος διδάκτωρ του UTS Blake Regan είναι ο πρώτος συγγραφέας του Nanoscale ερευνητικού έργου.

“Η χρήση του волфραμίου ως σκληρής μάσκας αντιμετωπίζει πολλά μειονεκτήματα της κατασκευής του διαμαντιού. Λειτουργεί ως ένα ομοιόμορφο περιοριστικό αγωγικό στρώμα για να βελτιώσει τη βιωσιμότητα της λιθογραφίας ηλεκτρονίων σε νανοκλίμακα,” είπε ο Regan.

Σύμφωνα με τον Regan, η ομάδα προσφέρει την πρώτη απόδειξη της ανάπτυξης μιας μονοκρυσταλλικής δομής διαμαντιού από ένα πολυκρυσταλλικό υλικό μέσω μιας από-πάνω-προς-κάτω προσέγγισης.

“Επιτρέπει επίσης τη μεταφορά των συσκευών διαμαντιού στο υπόστρωμα της επιλογής μας υπό συνθήκες περιβάλλοντος. ΚΑΙ η διαδικασία μπορεί να αυτοματοποιηθεί περαιτέρω, για να δημιουργήσει modulaire компоненты για κβαντική φωτονική κυκλωματική διαμαντιού,” συνέχισε.

Πλεονεκτήματα της Νέας Προσέγγισης

Το στρώμα του волфραμίου 30 nm είναι περίπου 10.000 φορές λεπτότερο από ένα ανθρώπινο μαλλί. Παρά το γεγονός αυτό, επέτρεψε την κατεργασία του διαμαντιού με πάνω από 300 nm, που είναι ένα ρεκόρ επιλογής για την επεξεργασία του διαμαντιού.

Ένα από τα άλλα μεγάλα πλεονεκτήματα αυτής της προσέγγισης είναι ότι η αφαίρεση της μάσκας του волфραμίου δεν απαιτεί τη χρήση υδροφθορικού οξέος, το οποίο είναι ένα εξαιρετικά επικίνδυνο οξύ που χρησιμοποιείται σήμερα. Λόγω αυτού, η ασφάλεια και η προσβασιμότητα της διαδικασίας νανοκατασκευής του διαμαντιού βελτιώνονται δραματικά.

Για να βελτιωθεί το κόστος και η κλιμάκωση, η ομάδα κατάφερε να αναπτύξει μονοκρυσταλλικές φωτονικές δομές διαμαντιού με ενσωματωμένα κβαντικά ελαττώματα από ένα πολυκρυσταλλικό υπόστρωμα.

Ο υποψήφιος διδάκτωρ του UTS Milad Nonahal είναι ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύθηκε στο Advanced Quantum Technologies.

“Σύμφωνα με τις γνώσεις μας, προσφέρουμε την πρώτη απόδειξη της ανάπτυξης μιας μονοκρυσταλλικής δομής διαμαντιού από ένα πολυκρυσταλλικό υλικό χρησιμοποιώντας μια από-πάνω-προς-κάτω προσέγγιση — σαν να καλλιεργούμε λουλούδια από σπόρο,” πρόσθεσε.

Ο Δρ. Mehran Kianinia του UTS είναι ο senior συγγραφέας της δεύτερης μελέτης.

“Η μέθοδός μας εξαλείφει την ανάγκη για ακριβά υλικά διαμαντιού και τη χρήση εμβολιασμού ιόντων, η οποία είναι κλειδί για την επιτάχυνση της εμπορειοποίησης του κβαντικού υλικού διαμαντιού” είπε ο Kianinia.