Penelitian Terobosan yang Dapat Mempercepat Teknologi Kuantum Berbasis Intan Sintetis

Dua terobosan penelitian baru akan mempercepat pengembangan teknologi kuantum berbasis intan sintetis, yang akan meningkatkan skalabilitas dan mengurangi biaya produksi secara drastis.

Perangkat keras komputer dan ponsel sering menggunakan silikon, tetapi intan memiliki sifat khusus yang membuatnya berguna sebagai dasar untuk teknologi kuantum seperti superkomputer kuantum, komunikasi aman, dan sensor.

Ada dua hambatan utama dalam pendekatan ini. Pertama, sulit untuk membuat lapisan intan tunggal kristal, yang kurang dari satu jutath dari satu meter, dan kedua, biayanya sangat tinggi.

Penelitian Baru

Dua penelitian baru dari Pusat Keunggulan Transformative Meta-Optics di Universitas Teknologi Sydney (UTS) telah dipublikasikan baru-baru ini untuk menangani masalah ini. Tim penelitian dipimpin oleh Profesor Igor Aharonovich, dan makalah tersebut dipublikasikan di Nanoscale dan Advanced Quantum Technologies.

“Untuk intan digunakan dalam aplikasi kuantum, kita perlu mengatur ‘kerusakan optik’ di perangkat intan — kavitasi dan gelombang pandu — untuk mengontrol, memanipulasi, dan membaca informasi dalam bentuk qubit — versi kuantum dari bit komputer klasik,” kata Profesor Aharonovich.

“Ini seperti memotong lubang atau mengukir lembah di lembaran intan yang sangat tipis, untuk memastikan cahaya bergerak dan memantul dalam arah yang diinginkan,” lanjutnya.

Tim tersebut berhasil membuat kavitasi kristal fotanik satu dimensi dengan mengembangkan metode masking keras baru, yang bergantung pada lapisan tungsten logam tipis untuk mempolakan nanostruktur intan.

Kandidat PhD UTS Blake Regan adalah penulis utama makalah Nanoscale .

“Penggunaan tungsten sebagai masker keras menangani beberapa kelemahan fabrikasi intan. Ini bertindak sebagai lapisan konduktif yang seragam untuk meningkatkan viabilitas litografi berkas elektron pada resolusi nanoskala,” kata Regan.

Menurut Regan, tim tersebut menawarkan bukti pertama pertumbuhan struktur intan tunggal kristal dari bahan polikristalin melalui pendekatan bottom-up.

“Ini juga memungkinkan transfer perangkat intan ke substrat pilihan di bawah kondisi ambient. Dan proses ini dapat diotomatisasi lebih lanjut, untuk membuat komponen modular untuk sirkuit fotanik kuantum berbasis intan,” lanjutnya.

Kelebihan Pendekatan Baru

Lapisan tungsten 30nm lebar sekitar 10.000 kali lebih tipis dari rambut manusia. Meskipun demikian, ini memungkinkan pengikisan intan lebih dari 300nm, yang merupakan selektivitas rekaman untuk pengolahan intan.

Salah satu kelebihan besar dari pendekatan ini adalah bahwa penghapusan masker tungsten tidak memerlukan penggunaan asam hidrofluorik, yang merupakan asam yang sangat berbahaya yang saat ini digunakan. Karena itu, keamanan dan ketersediaan proses nanofabrikasi intan ditingkatkan secara dramatis.

Untuk meningkatkan biaya dan skalabilitas, tim tersebut berhasil menumbuhkan struktur fotanik intan tunggal kristal dengan kerusakan kuantum tertanam dari substrat polikristalin.

Kandidat PhD UTS Milad Nonahal adalah penulis utama studi yang dipublikasikan di Advanced Quantum Technologies.

“Menurut pengetahuan kami, kami menawarkan bukti pertama pertumbuhan struktur intan tunggal kristal dari bahan polikristalin menggunakan pendekatan bottom-up — seperti menumbuhkan bunga dari biji,” tambahnya.

UTS Dr. Mehran Kianinia adalah penulis senior pada studi kedua.

“Metode kami menghilangkan kebutuhan akan bahan intan yang mahal dan penggunaan implantasi ion, yang merupakan kunci untuk mempercepat komersialisasi perangkat kuantum intan” Kianinia mengatakan.