Cercetări revoluționare care vor accelera tehnologia cuantică bazată pe diamant sintetic

Două noi descoperiri științifice vor accelera dezvoltarea tehnologiei cuantice bazate pe diamant sintetic, care urmează să îmbunătățească scalabilitatea și să reducă drastic costurile de producție.

Hardware-ul calculatoarelor și al telefoanelor mobile se bazează adesea pe siliciu, dar diamantul are proprietăți specifice care îl fac util ca bază pentru tehnologii cuantice, cum ar fi supercalculatoare cuantice, comunicații securizate și senzori.

Există două bariere majore pentru această abordare. În primul rând, este dificil să se fabrice stratul de diamant monocristalin, care are o grosime de mai puțin de o milionime de metru, și, în al doilea rând, costurile sunt ridicate.

Cercetări științifice noi

Două noi articole științifice provenite de la Centrul de Excelență ARC pentru Meta-Optică Transformativă de la Universitatea de Tehnologie din Sydney (UTS) au fost publicate recent și abordează aceste probleme. Echipa de cercetare este condusă de profesorul Igor Aharonovich, iar articolele au fost publicate în Nanoscale și Advanced Quantum Technologies.

“Pentru ca diamantul să poată fi utilizat în aplicații cuantice, trebuie să proiectăm cu precizie ‘defecte optice’ în dispozitivele cu diamant – cavitate și ghid de undă – pentru a controla, manipula și citi informații sub formă de qubiți – versiunea cuantică a biților calculatoarelor clasice”, a declarat profesorul Aharonovich.

“Acest lucru este similar cu tăierea unor găuri sau săpăturile unor șanțuri într-o foaie subțire de diamant, pentru a asigura că lumina călătorește și se reflectă în direcția dorită”, a continuat el.

Echipa a reușit să creeze cavitate fotonică cristalină unidimensională prin dezvoltarea unei noi metode de mascare dură, care se bazează pe un strat subțire de tungsten metalic pentru a modela nanostructura de diamant.

Candidatul la doctorat al UTS, Blake Regan, este autorul principal al articolului Nanoscale .

“Utilizarea tungstenului ca mască dură rezolvă mai multe dezavantaje ale fabricării diamantului. Acesta acționează ca un strat conductor uniform de restricție pentru a îmbunătăți viabilitatea litografiei cu electroni la rezoluție nanometrică”, a declarat Regan.

Conform lui Regan, echipa oferă prima dovadă a creșterii unei structuri de diamant monocristalin dintr-un material policristalin prin abordarea “bottom-up”.

“Acest lucru permite, de asemenea, transferul post-fabricație al dispozitivelor cu diamant pe substratul ales în condiții ambientale. Și procesul poate fi ulterior automatizat pentru a crea componente modulare pentru circuite fotonică cuantică bazate pe diamant”, a continuat el.

Avantajele noii abordări

Stratul de tungsten de 30 nm este de aproximativ 10.000 de ori mai subțire decât un fir de păr uman. În ciuda acestui fapt, a permis o gravură de diamant de peste 300 nm, ceea ce reprezintă o selectivitate record pentru prelucrarea diamantului.

Unul dintre celelalte avantaje majore ale acestei abordări este că îndepărtarea măștii de tungsten nu necesită utilizarea acidului fluorhidric, care este un acid extrem de periculos utilizat în prezent. Din cauza acestui fapt, siguranța și accesibilitatea procesului de nanofabricație a diamantului sunt îmbunătățite dramatic.

Pentru a îmbunătăți costul și scalabilitatea, echipa a reușit să crească structuri fotonică cuantică de diamant monocristalin cu defecte cuantice încorporate dintr-un substrat policristalin.

Candidatul la doctorat al UTS, Milad Nonahal, este autorul principal al studiului publicat în Advanced Quantum Technologies.

“După cunoștințele noastre, oferim prima dovadă a creșterii unei structuri de diamant monocristalin dintr-un material policristalin utilizând abordarea ‘bottom-up’ — similar cu creșterea florilor din sămânță”, a adăugat el.

Dr. Mehran Kianinia de la UTS este autorul principal al celui de-al doilea studiu.

“Metoda noastră elimină nevoia de materiale de diamant scumpe și utilizarea implantării ionice, care este cheia pentru accelerarea comercializării hardware-ului cuantic cu diamant” a declarat Kianinia.