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 è destinata a migliorare la scalabilità e a ridurre 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 uno strato di diamante a cristallo singolo, che è inferiore a un milionesimo di metro, e in secondo luogo, i costi sono elevati.

Nuovi articoli di ricerca

Due nuovi articoli di ricerca provenienti dal ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optics dell’University of Technology Sydney (UTS) sono stati recentemente pubblicati per affrontare questi problemi. Il team di ricerca è guidato dal Professor Igor Aharonovich, e gli articoli sono stati pubblicati in Nanoscale e Advanced Quantum Technologies.

“Per utilizzare il diamante in applicazioni quantistiche, dobbiamo progettare 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 del computer classico”, 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 a cristallo fotoniche unidimensionali sviluppando un nuovo metodo di mascheramento rigido, che si basa su uno strato sottile di tungsteno metallico per modellare la nanostruttura del diamante.

Il candidato PhD dell’UTS Blake Regan è l’autore principale dell’articolo Nanoscale .

“L’utilizzo del tungsteno come maschera rigida risolve diversi svantaggi della fabbricazione del diamante. Funziona come uno strato conduttivo uniforme per migliorare la fattibilità della litografia a fascio di elettroni a risoluzione nanoscala”, 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 modulari per la circuitazione 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.

Al fine di migliorare il costo e la scalabilità, il team è riuscito a far crescere strutture fotoniche di diamante 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 in Advanced Quantum Technologies.

“Per quanto ne sappiamo, 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 semi”, ha aggiunto.

Il dottor Mehran Kianinia dell’UTS è un autore senior del secondo 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.