Sentetik Elmas Tabanlı Kuantum Teknolojisini Hızlandıracak Çığır Açan Araştırma

İki yeni araştırma kırdığı, sentetik elmas tabanlı kuantum teknolojisinin gelişimini hızlandıracak ve ölçeklenebilirliği artıracak, üretim maliyetlerini ise büyük ölçüde azaltacak.

Bilgisayar ve cep telefonu donanımı genellikle silikon üzerine dayanmaktadır, ancak elmas, kuantum süperbilgisayarlar, güvenli iletişim ve sensörler gibi kuantum teknolojileri için temel olarak kullanılabilecek özel özelliklere sahiptir.

Bu yaklaşıma karşı iki büyük engel vardır. İlk olarak, bir milyon metrenin altında bir tek kristal elmas katmanının oluşturulması zordur ve ikinci olarak, maliyetler yüksektir.

Yeni Araştırma Makaleleri

University of Technology Sydney (UTS) bünyesindeki ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optics’ten gelen iki yeni araştırma makalesi, bu sorunları ele almak üzere yakın zamanda yayınlandı. Araştırma ekibinin lideri Profesör Igor Aharonovich olup, makaleler Nanoscale ve Advanced Quantum Technologies‘de yayınlandı.

“Elmasın kuantum uygulamalarında kullanılabilmesi için, kuantum versiyonu olan kubitlerin bilgilerini kontrol etmek, manipüle etmek ve okumak için elmas cihazlarında – kaviteler ve dalga kılavuzları – ‘optik hataları’ kesin bir şekilde mühendislik yapmamız gerekiyor” dedi Profesör Aharonovich.

“Bu, süper ince bir elmas tabakasına delikler açmak veya oluklar oymak gibidir, böylece ışık istenilen yönde seyahat eder ve seker” diye devam etti.

Ekip, bir boyutlu fotanik kristal kavitelerini oluşturmak için yeni bir sert maskleme yöntemi geliştirerek, elmas nano yapısını modellemek için ince bir metal tungsten katmanına güveniyor.

UTS PhD adayı Blake Regan, Nanoscale makalesinin baş yazarı.

“Tungsten’in bir sert mask olarak kullanılması, elmas fabrikasyonunun birkaç dezavantajını giderir. Birlikteşir bir conducive katman olarak davranır ve nanoscale çözünürlükte elektron demeti litografisinin uygulanabilirliğini artırır” dedi Regan.

Regan’a göre, ekip, bir polikristal malzeme üzerinden bir tek kristal elmas yapısının büyümesiyle ilgili ilk kanıtları sunuyor.

“Ayrıca, elmas cihazlarının seçilen substrata ambiyant koşullarda transferine izin verir ve süreç daha da otomatik hale getirilebilir, böylece elmas tabanlı kuantum fotanik devre bileşenleri oluşturulabilir” diye devam etti.

Yeni Yaklaşımın Avantajları

30nm genişliğindeki tungsten katmanı, bir insan saçının yaklaşık 10.000 katı daha incedir. Buna rağmen, 300nm’den fazla bir elmas oymasını mümkün kıldı, bu da elmas işlemede rekor bir seçiciliktir.

Bu yaklaşımın diğer büyük avantajlarından biri, tungsten maskesinin çıkarılmasının hidroflorik asit kullanımını gerektirmemesidir, ki bu asit şu anda kullanılan son derece tehlikeli bir asittir. Bu nedenle, elmas nano fabrikasyon sürecinin güvenliği ve erişilebilirliği dramatik bir şekilde iyileştirilir.

Maliyetleri ve ölçeklenebilirliği iyileştirmek için, ekip, bir polikristal substrattan gömülü kuantum hataları olan tek kristal elmas fotanik yapılar yetiştirdi.

UTS PhD adayı Milad Nonahal, Advanced Quantum Technologies‘de yayınlanan çalışmanın baş yazarı.

“Bilgimiz dahilinde, bir polikristal malzemeden bir tek kristal elmas yapısının büyümesiyle ilgili ilk kanıtları sunuyoruz – bir tohuma benzer şekilde çiçeklerin büyümesi gibi” diye ekledi.

UTS Dr. Mehran Kianinia, ikinci çalışmanın kıdemli yazarı.

“Yöntemimiz, pahalı elmas malzemelerine ve iyon implantasyonuna olan ihtiyacı ortadan kaldırıyor, bu da elmas kuantum donanımının ticarileştirilmesini hızlandırmanın kilit noktası” dedi Kianinia.