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La tecnologia quantistica basata sui diamanti sintetici

Una ricerca rivoluzionaria destinata ad accelerare la tecnologia quantistica basata sui diamanti sintetici
 


Due nuove scoperte della ricerca accelereranno lo sviluppo della tecnologia quantistica basata sui diamanti sintetici, che è destinata a migliorare la scalabilità e ridurre drasticamente i costi di produzione. 

L’hardware di computer e telefoni cellulari spesso si basa sul silicio, ma il diamante ha proprietà specifiche che lo rendono utile come base per tecnologie quantistiche come supercomputer quantistici, comunicazioni sicure e sensori. 

Ci sono due principali ostacoli a questo approccio. In primo luogo, è difficile fabbricare il singolo strato di diamante di cristallo, che è inferiore a un milionesimo di metro, e in secondo luogo, i costi sono elevati.

Nuovi documenti di ricerca
Recentemente sono stati pubblicati due nuovi documenti di ricerca provenienti dall’ARC Center of Excellence for Transformative Meta-Optics presso l’Università della tecnologia di Sydney (UTS) che affrontano questi problemi. Il team di ricerca è guidato dal professor Igor Aharonovich e gli articoli sono stati pubblicati su Nanoscale e Advanced Quantum Technologies . 

“Affinché il diamante possa essere utilizzato nelle applicazioni quantistiche, dobbiamo progettare con precisione ‘difetti ottici’ nei dispositivi diamantati – cavità e guide d’onda – per controllare, manipolare e leggere le informazioni sotto forma di qubit – la versione quantistica dei classici bit di computer”, ha detto il professor Aharonovich.

“È come tagliare buchi o scolpire burroni in un foglio di diamante super sottile, per garantire che la luce viaggi e rimbalzi nella direzione desiderata”, ha continuato.

Il team è stato in grado di creare cavità di cristalli fotonici unidimensionali sviluppando un nuovo metodo di mascheramento duro, che si basa su un sottile strato di tungsteno metallico per modellare la nanostruttura del diamante. 

Il candidato al dottorato di ricerca UTS Blake Regan è l’autore principale dell’articolo Nanoscale . 

“L’uso del tungsteno come maschera rigida risolve diversi inconvenienti della fabbricazione del diamante. Agisce come uno strato conduttivo restrittivo uniforme per migliorare la vitalità della litografia a fascio di elettroni a risoluzione nanometrica “, ha affermato Regan. 

Secondo Regan, il team sta offrendo la prima prova della crescita di una struttura di diamante a cristallo singolo da un materiale policristallino attraverso un approccio dal basso verso l’alto. 

“Consente inoltre il trasferimento post-fabbricazione di dispositivi diamantati sul substrato prescelto in condizioni ambientali. E il processo può essere ulteriormente automatizzato, per creare componenti modulari per circuiti fotonici quantistici basati sul diamante “, ha continuato.

Vantaggi del nuovo approccio
Lo strato di tungsteno largo 30 nm è circa 10.000 volte più sottile di un capello umano. Nonostante ciò, ha consentito un’incisione del diamante di oltre 300 nm, che è una selettività record per la lavorazione del diamante. 

Uno degli altri grandi vantaggi di questo approccio è che la rimozione della maschera di tungsteno non richiede l’uso di acido fluoridrico, che è un acido estremamente pericoloso attualmente in uso. Per questo motivo, la sicurezza e l’accessibilità del processo di nanofabbricazione del diamante sono notevolmente migliorate.

Per migliorare i costi e la scalabilità, il team è riuscito a far crescere strutture fotoniche di diamante a cristallo singolo con difetti quantistici incorporati da un substrato policristallino.

Il dottorando UTS Milad Nonahal è l’autore principale dello studio pubblicato su Advanced Quantum Technologies. 

“Per quanto a nostra conoscenza, offriamo la prima prova della crescita di una struttura di diamante a cristallo singolo da un materiale policristallino utilizzando un approccio dal basso verso l’alto, come la crescita dei fiori dai semi”, ha aggiunto.

UTS Dr. Mehran Kianinia è un autore senior del secondo studio. 

“Il nostro metodo elimina la necessità di costosi materiali diamantati e l’uso dell’impianto ionico, che è la chiave per accelerare la commercializzazione dell’hardware quantistico del diamante”, ha affermato Kianinia. 

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