Ricerca innovativa pronta ad accelerare la tecnologia quantistica basata su diamanti sintetici

Due nuove scoperte scientifiche accelereranno lo sviluppo della tecnologia quantistica basata su diamanti sintetici, che migliorerà la scalabilità e ridurrà drasticamente i costi di produzione.

L’hardware dei computer e dei telefoni cellulari si basa spesso sul silicio, ma il diamante ha proprietà specifiche che lo rendono utile come base per le tecnologie quantistiche come i supercomputer quantistici, le comunicazioni sicure e i sensori.

Ci sono due grandi barriere a questo approccio. In primo luogo, è difficile creare lo strato di diamante a cristallo singolo, che è meno di un milionesimo di metro, e in secondo luogo, i costi sono elevati.

Nuove ricerche

Due nuove ricerche pubblicate dal Centro di Eccellenza per la Meta-Ottica Trasformativa dell’Università di Tecnologia di Sydney (UTS) hanno affrontato questi problemi. Il team di ricerca è guidato dal professor Igor Aharonovich e le ricerche sono state pubblicate su Nanoscale e Advanced Quantum Technologies.

“Per utilizzare il diamante nelle applicazioni quantistiche, dobbiamo ingegnerizzare con precisione ‘difetti ottici’ nei dispositivi di diamante – cavità e guide d’onda – per controllare, manipolare e leggere le informazioni sotto forma di qubit – la versione quantistica dei bit dei computer classici”, ha dichiarato il professor Aharonovich.

“È come tagliare buchi o scavare gole in un foglio di diamante sottile, per assicurarsi che la luce viaggi e rimbalzi nella direzione desiderata”, ha continuato.

Il team è riuscito a creare cavità di cristallo fotoniche unidimensionali sviluppando un nuovo metodo di maschera rigida, che si basa su un sottile strato metallico di tungsteno per modellare la nanostruttura di diamante.

Il candidato PhD dell’UTS Blake Regan è l’autore principale della ricerca pubblicata su Nanoscale.

“L’uso del tungsteno come maschera rigida risolve diversi svantaggi della fabbricazione del diamante. Funziona come un livello di conduzione uniforme per migliorare la fattibilità della litografia a fascio di elettroni a risoluzione nanometrica”, ha dichiarato Regan.

Secondo Regan, il team offre la prima prova della crescita di una struttura di diamante a cristallo singolo da un materiale policristallino attraverso un approccio bottom-up.

“Ciò consente anche il trasferimento post-fabbricazione dei dispositivi di diamante sul substrato scelto in condizioni ambientali. E il processo può essere ulteriormente automatizzato per creare componenti moduli per la ciruitazione fotonica quantistica basata su diamante”, ha continuato.

Vantaggi del nuovo approccio

Lo strato di tungsteno di 30 nm di larghezza è circa 10.000 volte più sottile di un capello umano. Nonostante ciò, ha consentito un’incisione del diamante di oltre 300 nm, che è un record di selettività per l’elaborazione del diamante.

Uno degli altri grandi vantaggi di questo approccio è che la rimozione della maschera di tungsteno non richiede l’uso di acido fluoridrico, che è un acido estremamente pericoloso attualmente in uso. A causa di ciò, la sicurezza e l’accessibilità del processo di nanofabbricazione del diamante sono migliorati drasticamente.

Per migliorare i costi e la scalabilità, il team è riuscito a crescere strutture di diamante fotoniche a cristallo singolo con difetti quantistici incorporati da un substrato policristallino.

Il candidato PhD dell’UTS Milad Nonahal è l’autore principale dello studio pubblicato su Advanced Quantum Technologies.

“A nostra conoscenza, offriamo la prima prova della crescita di una struttura di diamante a cristallo singolo da un materiale policristallino utilizzando un approccio bottom-up – come far crescere fiori da seme”, ha aggiunto.

Il dottor Mehran Kianinia dell’UTS è un autore senior dello studio.

“Il nostro metodo elimina la necessità di materiali di diamante costosi e l’uso dell’impiantazione di ioni, che è fondamentale per accelerare la commercializzazione dell’hardware quantistico basato su diamante” ha dichiarato Kianinia.