Computación cuántica
Investigación innovadora que acelera la tecnología cuántica basada en diamantes sintéticos
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Dos nuevos avances en la investigación acelerarán el desarrollo de la tecnología cuántica basada en diamantes sintéticos, lo que mejorará la escalabilidad y reducirá drásticamente los costos de fabricación.
El hardware de computadoras y teléfonos móviles a menudo se basa en silicio, pero el diamante tiene propiedades específicas que lo hacen útil como base para tecnologías cuánticas como supercomputadoras cuánticas, comunicaciones seguras y sensores.
Hay dos barreras importantes para este enfoque. Primero, es difícil fabricar la capa de diamante de un solo cristal, que es menos de una millonésima de metro, y segundo, los costos son altos.
Nuevos documentos de investigación
Dos nuevos documentos de investigación del Centro de Excelencia para Meta-Óptica Transformadora de la ARC en la Universidad de Tecnología de Sídney (UTS) han sido publicados recientemente para abordar estos problemas. El equipo de investigación está liderado por el profesor Igor Aharonovich, y los documentos fueron publicados en Nanoscale y Advanced Quantum Technologies.
“Para que el diamante se utilice en aplicaciones cuánticas, necesitamos ingeniar con precisión ‘defectos ópticos’ en los dispositivos de diamante: cavidades y guías de onda para controlar, manipular y leer información en forma de qubits: la versión cuántica de los bits de computadora clásica”, dijo el profesor Aharonovich.
“Es similar a cortar agujeros o tallar surcos en una hoja de diamante muy delgada, para asegurarse de que la luz viaje y rebote en la dirección deseada”, continuó.
El equipo logró crear cavidades de cristal fotónico unidimensional mediante el desarrollo de un nuevo método de máscara dura, que se basa en una capa delgada de tungsteno para dar forma a la nanoestructura de diamante.
El candidato a doctorado de la UTS, Blake Regan, es el autor principal del documento de Nanoscale.
“El uso de tungsteno como máscara dura aborda varias desventajas de la fabricación de diamante. Actúa como una capa conductora restringida uniforme para mejorar la viabilidad de la litografía de haz de electrones a resolución de nanoscale”, dijo Regan.
Según Regan, el equipo ofrece la primera evidencia del crecimiento de una estructura de diamante de un solo cristal a partir de un material policristalino mediante un enfoque de abajo hacia arriba.
“También permite la transferencia de dispositivos de diamante al sustrato de elección en condiciones ambientales. Y el proceso se puede automatizar aún más para crear componentes modulares para circuitos fotónicos cuánticos basados en diamante”, continuó.
Ventajas del nuevo enfoque
La capa de tungsteno de 30 nm de ancho es aproximadamente 10.000 veces más delgada que un cabello humano. A pesar de esto, permitió un grabado de diamante de más de 300 nm, lo que es una selectividad récord para el procesamiento de diamante.
Una de las otras grandes ventajas de este enfoque es que la eliminación de la máscara de tungsteno no requiere el uso de ácido fluorhídrico, que es un ácido extremadamente peligroso que se utiliza actualmente. Debido a esto, la seguridad y la accesibilidad del proceso de nanofabricación de diamante se mejoran dramáticamente.
Para mejorar el costo y la escalabilidad, el equipo logró crecer estructuras fotónicas de diamante de un solo cristal con defectos cuánticos incrustados a partir de un sustrato policristalino.
El candidato a doctorado de la UTS, Milad Nonahal, es el autor principal del estudio publicado en Advanced Quantum Technologies.
“Hasta donde sabemos, ofrecemos la primera evidencia del crecimiento de una estructura de diamante de un solo cristal a partir de un material policristalino utilizando un enfoque de abajo hacia arriba: como cultivar flores a partir de semillas”, agregó.
El Dr. Mehran Kianinia de la UTS es autor senior del segundo estudio.
“Nuestro método elimina la necesidad de materiales de diamante costosos y el uso de implantación de iones, lo que es clave para acelerar la comercialización de hardware cuántico basado en diamante” dijo Kianinia.
