Przełomowe badania przyspieszają rozwój syntetycznej diamentowej technologii kwantowej

Dwa nowe przełomowe badania przyspieszą rozwój syntetycznej diamentowej technologii kwantowej, co poprawi skalowalność i znacznie obniży koszty produkcji.

Sprzęt komputerowy i telefoniczny często opiera się na krzemie, ale diament ma szczególne właściwości, które sprawiają, że jest przydatny jako podstawa dla technologii kwantowych, takich jak kwantowe superkomputery, bezpieczne komunikacje i sensory.

Istnieją dwie główne bariery dla tego podejścia. Po pierwsze, trudno jest wytworzyć warstwę jednorodnego diamentu, która jest mniejsza niż jeden milionowy metra, a po drugie, koszty są wysokie.

Nowe publikacje badawcze

Dwa nowe publikacje badawcze pochodzące z ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optics na University of Technology Sydney (UTS) zostały niedawno opublikowane i dotyczą tych problemów. Zespół badawczy kierowany jest przez profesora Igora Aharonovicha, a publikacje ukazały się w Nanoscale i Advanced Quantum Technologies.

“Aby diament mógł być wykorzystywany w aplikacjach kwantowych, musimy precyzyjnie inżynierować ‘optyczne defekty’ w urządzeniach diamentowych – kawitach i waveguidach – aby kontrolować, manipulować i odczytywać informacje w postaci kubitów – kwantowej wersji klasycznych bitów komputera”, powiedział profesor Aharonovich.

“Jest to podobne do wycinania otworów lub rzeźbienia wąwozów w bardzo cienkim arkuszu diamentu, aby światło poruszało się i odbijało się w żądany sposób”, kontynuował.

Zespół był w stanie stworzyć jednowymiarowe fotoniczne kawity krystaliczne, rozwijając nową metodę maskowania, która opiera się na cienkiej warstwie metalicznej wolframu do wzorcowania nanostruktury diamentu.

Kandydat na stopień doktora na UTS, Blake Regan, jest głównym autorem publikacji w Nanoscale .

“Użycie wolframu jako maski twardzielowej rozwiązuje kilka wad wytwarzania diamentu. Działa jako jednolita warstwa przewodząca, aby poprawić wydajność litografii elektronowej w rozdzielczości nanoskali”, powiedział Regan.

Według Regana, zespół przedstawia pierwsze dowody wzrostu struktury diamentowej z materiału polikrystalicznego przy użyciu podejścia bottom-up.

“Pozwala to również na przeniesienie urządzeń diamentowych na podłoże wybranego materiału w warunkach ambientalnych. I proces ten może być dalej zautomatyzowany, aby stworzyć modułowe komponenty dla diamentowych obwodów kwantowych”, kontynuował.

Zalety nowego podejścia

Warstwa wolframu o szerokości 30 nm jest około 10 000 razy cieńsza niż ludzkie włosy. Mimo to, umożliwiła wytrawienie diamentu o głębokości ponad 300 nm, co jest rekordową wybiórczością dla przetwarzania diamentu.

Jedną z głównych zalet tego podejścia jest to, że usunięcie maski wolframowej nie wymaga użycia kwasu fluorowodorowego, który jest niezwykle niebezpiecznym kwasem obecnie w użyciu. Dzięki temu, bezpieczeństwo i dostępność procesu nanofabrykacji diamentu są znacznie poprawione.

Aby poprawić koszty i skalowalność, zespół był w stanie wyhodować struktury diamentowe z wbudowanymi defektami kwantowymi z podłoża polikrystalicznego.

Kandydat na stopień doktora na UTS, Milad Nonahal, jest głównym autorem badania opublikowanego w Advanced Quantum Technologies.

“Nasze badania dostarczają pierwszych dowodów wzrostu struktury diamentowej z materiału polikrystalicznego przy użyciu podejścia bottom-up — jak uprawa kwiatów z nasion”, dodał.

Dr Mehran Kianinia z UTS jest starszym autorem drugiego badania.

“Nasza metoda eliminuje potrzebę drogich materiałów diamentowych i użycia implantacji jonowej, co jest kluczem do przyspieszenia komercjalizacji sprzętu kwantowego diamentowego” powiedział Kianinia.