Przełomowe badania przyspieszają rozwój technologii kwantowej opartej na diamentach syntetycznych

Dwa nowe przełomowe odkrycia przyspieszą rozwój technologii kwantowej opartej na diamentach syntetycznych, co ma poprawić skalowalność i znacznie obniżyć koszty produkcji.

Sprzęt komputerowy i telefonów komórkowych często opiera się na krzemie, ale diamenty mają szczególne właściwości, które sprawiają, że są one przydatne 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 monokryształicznego diamentu, która jest mniejsza niż jeden milionowy metra, a po drugie, koszty są wysokie.

Nowe artykuły badawcze

Dwa nowe artykuły badawcze pochodzące z ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optics na Uniwersytecie Technologicznym w Sydney (UTS) zostały niedawno opublikowane, aby rozwiązać te problemy. Zespół badawczy kierowany jest przez profesora Igora Aharonovicha, a artykuły zostały opublikowane w Nanoscale i Advanced Quantum Technologies.

“Aby diamenty mogły być wykorzystywane w aplikacjach kwantowych, musimy precyzyjnie inżynierować ‘wady optyczne’ w urządzeniach diamentowych – komory i waveguides – aby kontrolować, manipulować i odczytywać informacje w postaci qubitów – kwantowej wersji klasycznych bitów komputera”, powiedział profesor Aharonovich.

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

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

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

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

Według Regana, zespół przedstawia pierwsze dowody wzrostu struktury diamentu monokryształicznego z materiału polikryształicznego za pomocą podejścia bottom-up.

“Pozwala to również na przeniesienie urządzeń diamentowych na podłoże wybranego przez nas w warunkach ambientowych. I proces może być dalej zautomatyzowany, aby tworzyć modułowe komponenty dla kwantowych obwodów fotonicznych opartych na diamentach”, kontynuował.

Zalety nowego podejścia

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

Jedną z innych dużych zalet tego podejścia jest to, że usunięcie maski wolframu 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 koszt i skalowalność, zespół był w stanie wyhodować struktury fotoniczne diamentu monokryształicznego z wbudowanymi wadami kwantowymi z podłoża polikryształicznego.

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

“Naszym zdaniem, przedstawiamy pierwsze dowody wzrostu struktury diamentu monokryształicznego z materiału polikryształicznego za pomocą podejścia bottom-up – jak wzrost kwiatów z nasion”, dodał.

Doktor Mehran Kianinia z UTS jest współautorem drugiego badania.

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