Recherche révolutionnaire pour accélérer la technologie quantique basée sur le diamant synthétique

Deux nouvelles avancées de recherche vont accélérer le développement de la technologie quantique basée sur le diamant synthétique, qui est censée améliorer la scalabilité et réduire considérablement les coûts de fabrication.

Le matériel informatique et les téléphones mobiles s’appuient souvent sur le silicium, mais le diamant possède des propriétés spécifiques qui le rendent utile comme base pour les technologies quantiques telles que les supercalculateurs quantiques, les communications sécurisées et les capteurs.

Il existe deux principaux obstacles à cette approche. Premièrement, il est difficile de fabriquer la couche de diamant monocristallin, qui est moins d’un millionième de mètre, et deuxièmement, les coûts sont élevés.

Nouvelles recherches

Deux nouvelles études publiées par le Centre d’excellence pour la métro-optique transformative de l’Université de technologie de Sydney (UTS) ont récemment abordé ces problèmes. L’équipe de recherche est dirigée par le professeur Igor Aharonovich, et les études ont été publiées dans Nanoscale et Advanced Quantum Technologies.

« Pour que le diamant soit utilisé dans les applications quantiques, nous devons ingénier précisément des ‘défauts optiques’ dans les dispositifs en diamant – cavités et guides d’ondes – pour contrôler, manipuler et lire les informations sous la forme de qubits – la version quantique des bits d’ordinateur classique », a déclaré le professeur Aharonovich.

« C’est comme couper des trous ou sculpter des gouttières dans une feuille de diamant très fine, pour s’assurer que la lumière voyage et ricoche dans la direction souhaitée », a-t-il continué.

L’équipe a pu créer des cavités de cristal photonique unidimensionnelles en développant une nouvelle méthode de masquage rigide, qui repose sur une fine couche de tungstène pour moduler la nanostructure de diamant.

Le candidat au doctorat de l’UTS, Blake Regan, est l’auteur principal de l’étude publiée dans Nanoscale .

« L’utilisation du tungstène comme masque rigide répond à plusieurs inconvénients de la fabrication du diamant. Il agit comme une couche conductive uniforme pour améliorer la viabilité de la lithographie à faisceau d’électrons à résolution nanométrique », a déclaré Regan.

Selon Regan, l’équipe propose la première preuve de la croissance d’une structure de diamant monocristallin à partir d’un matériau polycristallin par une approche ascendante.

« Cela permet également le transfert post-fabrication des dispositifs en diamant sur le substrat choisi dans des conditions ambiantes. Et le processus peut être encore automatisé pour créer des composants modulaires pour les circuits photoniques quantiques à base de diamant », a-t-il continué.

Avantages de la nouvelle approche

La couche de tungstène de 30 nm d’épaisseur est environ 10 000 fois plus fine qu’un cheveu humain. Malgré cela, elle a permis une gravure de diamant de plus de 300 nm, ce qui constitue un record de sélectivité pour le traitement du diamant.

L’un des autres grands avantages de cette approche est que la suppression du masque de tungstène n’exige pas l’utilisation d’acide fluorhydrique, qui est un acide extrêmement dangereux actuellement utilisé. En raison de cela, la sécurité et l’accessibilité du processus de nanofabrication du diamant sont considérablement améliorées.

Afin d’améliorer les coûts et la scalabilité, l’équipe a réussi à faire croître des structures photoniques de diamant monocristallin avec des défauts quantiques intégrés à partir d’un substrat polycristallin.

Le candidat au doctorat de l’UTS, Milad Nonahal, est l’auteur principal de l’étude publiée dans Advanced Quantum Technologies.

« À notre connaissance, nous proposons la première preuve de la croissance d’une structure de diamant monocristallin à partir d’un matériau polycristallin en utilisant une approche ascendante – comme faire pousser des fleurs à partir de graines », a-t-il ajouté.

Le Dr Mehran Kianinia de l’UTS est l’auteur principal de la deuxième étude.

« Notre méthode élimine le besoin de matériaux de diamant coûteux et l’utilisation de l’implantation d’ions, ce qui est essentiel pour accélérer la commercialisation du matériel quantique à base de diamant » a déclaré Kianinia.