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 manufaktur secara drastis.

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

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

Penelitian Baru

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

“Untuk intan digunakan dalam aplikasi kuantum, kita perlu secara presisi mengatur ‘kerusakan optik’ dalam perangkat intan — rongga 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 ngarai di lembaran intan yang sangat tipis, untuk memastikan cahaya berjalan dan memantul dalam arah yang diinginkan,” lanjutnya.

Tim tersebut berhasil membuat kavitas kristal fotanik satu dimensi dengan mengembangkan metode masker keras baru, yang bergantung pada lapisan logam tungsten 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 kristal tunggal dari bahan polikristalin melalui pendekatan bottom-up.

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

Kelebihan Pendekatan Baru

Lapisan tungsten 30nm lebar ini sekitar 10.000 kali lebih tipis dari rambut manusia. Meskipun demikian, ini memungkinkan pengikisan intan lebih dari 300nm, yang merupakan selektivitas rekor 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 aksesibilitas proses nanofabrikasi intan ditingkatkan secara dramatis.

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

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

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

Dr. Mehran Kianinia dari UTS 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” kata Kianinia.