Avanço na Pesquisa para Acelerar a Tecnologia Quântica Baseada em Diamante Sintético

Duas novas descobertas de pesquisa irão acelerar o desenvolvimento da tecnologia quântica baseada em diamante sintético, o que deve melhorar a escalabilidade e reduzir drasticamente os custos de fabricação.

O hardware de computadores e celulares frequentemente depende do silício, mas o diamante tem propriedades específicas que o tornam útil como base para tecnologias quânticas, como supercomputadores quânticos, comunicações seguras e sensores.

Existem duas grandes barreiras para essa abordagem. Primeiro, é difícil fabricar a camada de diamante de cristal único, que é menos de um milionésimo de metro, e segundo, os custos são altos.

Novas Pesquisas

Duas novas pesquisas publicadas recentemente pelo ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optics da University of Technology Sydney (UTS) abordam essas questões. A equipe de pesquisa é liderada pelo Professor Igor Aharonovich, e os artigos foram publicados em Nanoscale e Advanced Quantum Technologies.

“Para que o diamante seja usado em aplicações quânticas, precisamos engenharia com precisão ‘defeitos ópticos’ nos dispositivos de diamante — cavidades e guias de onda — para controlar, manipular e ler informações na forma de qubits — a versão quântica dos bits de computador clássico”, disse o Professor Aharonovich.

“É semelhante a cortar buracos ou esculpir vales em uma folha super fina de diamante, para garantir que a luz viaje e rebata na direção desejada”, continuou ele.

A equipe conseguiu criar cavidades de cristal fotônico unidimensional por meio do desenvolvimento de um novo método de máscara rígida, que depende de uma camada fina de tungstênio metálico para padronizar a nanoestrutura de diamante.

O candidato a PhD da UTS, Blake Regan, é o autor principal do artigo Nanoscale .

“O uso do tungstênio como máscara rígida aborda várias desvantagens da fabricação de diamante. Ele atua como uma camada condutora uniforme para melhorar a viabilidade da litografia de feixe de elétrons em resolução nanométrica”, disse Regan.

De acordo com Regan, a equipe oferece a primeira evidência do crescimento de uma estrutura de diamante de cristal único a partir de um material policristalino por meio de uma abordagem de baixo para cima.

“Isso também permite a transferência pós-fabricação de dispositivos de diamante para o substrato de escolha em condições ambientais. E o processo pode ser ainda mais automatizado, para criar componentes modulares para circuitos fotônicos quânticos baseados em diamante”, continuou ele.

Vantagens da Nova Abordagem

A camada de tungstênio de 30 nm de largura é cerca de 10.000 vezes mais fina que um cabelo humano. Apesar disso, ela permitiu uma etchagem de diamante de mais de 300 nm, o que é um recorde de seletividade para o processamento de diamante.

Uma das outras grandes vantagens dessa abordagem é que a remoção da máscara de tungstênio não requer o uso de ácido fluorídrico, que é um ácido extremamente perigoso atualmente em uso. Devido a isso, a segurança e acessibilidade do processo de nanofabricação de diamante são melhoradas dramaticamente.

Para melhorar o custo e a escalabilidade, a equipe conseguiu crescer estruturas fotônicas de diamante de cristal único com defeitos quânticos embutidos a partir de um substrato policristalino.

O candidato a PhD da UTS, Milad Nonahal, é o autor principal do estudo publicado em Advanced Quantum Technologies.

“Até onde sabemos, oferecemos a primeira evidência do crescimento de uma estrutura de diamante de cristal único a partir de um material policristalino usando uma abordagem de baixo para cima — como crescer flores a partir de sementes”, acrescentou.

O Dr. Mehran Kianinia da UTS é um autor sênior do segundo estudo.

“Nosso método elimina a necessidade de materiais de diamante caros e o uso de implantação de íons, o que é fundamental para acelerar a comercialização de hardware quântico baseado em diamante” disse Kianinia.