钻石量子技术的未来光辉
玛丽莲·梦露(Marilyn Monroe)著名地唱歌说钻石是女孩的最好朋友，但它们在量子科学家中也很受欢迎-两项新的研究突破有望加速合成金刚石基量子技术的发展，提高可扩展性并显着降低制造成本。
传统上，硅被用于计算机和手机硬件，而金刚石具有独特的特性，使其特别适合用作新兴的量子技术的基础，例如量子超级计算机，安全通信和传感器。
但是，存在两个关键问题;成本和难以制造的单晶金刚石层(小于一米的百万分之一)。
由Igor Aharonovich教授领导的悉尼技术大学(UTS)ARC卓越转换元光学卓越研究中心的研究团队刚刚发表了两篇有关这些挑战的研究论文，分别是纳米级和高级量子技术。
“对于要在量子应用中使用的钻石，我们需要精确设计钻石装置(腔体和波导)中的'光学缺陷'，以量子位的形式控制，操纵和读出信息，而量子位是传统计算机位的量子版本，”阿哈罗诺维奇教授说。
他说：“这类似于在一块超薄的钻石上切孔或雕刻沟壑，以确保光线沿所需方向传播和反弹。”
为了克服“蚀刻”挑战，研究人员开发了一种新的硬掩膜方法，该方法使用薄金属钨层对金刚石纳米结构进行构图，从而可以创建一维光子晶体腔。
“使用钨作为硬掩模解决了金刚石制造的几个缺点。它充当均匀的约束导电层，以提高纳米级分辨率的电子束光刻的可行性，” UTS博士Nanoscale的论文的主要作者说。候选人布雷克·里根(Blake Regan)。
据我们所知，我们提供了使用自下而上的方法从多晶材料中生长出单晶钻石结构的第一个证据，例如从种子中生长出花朵。
他说：“它还允许在环境条件下将金刚石器件在制造后转移到所选的衬底上。该工艺可以进一步自动化，以创建用于基于金刚石的量子光子电路的模块化组件。”
钨层的宽度为30nm，比人的头发薄约10,000倍，但是它可以进行300nm以上的金刚石蚀刻，这是金刚石加工的创纪录的选择性。
另一个优点是，去除钨掩膜不需要使用氢氟酸(氢氟酸是目前使用的最危险的酸之一)，因此这也显着提高了金刚石纳米加工工艺的安全性和可及性。
为了解决成本问题并提高可扩展性，该团队进一步开发了一种创新步骤，可以从多晶衬底上生长具有嵌入式量子缺陷的单晶金刚石光子结构。
UTS博士说：“我们的工艺依赖于低成本的大型多晶金刚石，该金刚石可作为大型晶片使用，这与传统上使用的高质量单晶金刚石(限于几平方毫米)不同。” 候选人Milad Nonahal，《先进量子技术》研究的主要作者。
他补充说：“据我们所知，我们提供了使用自下而上的方法从多晶材料中生长出单晶钻石结构的第一个证据，例如从种子中生长出花朵。”
UTS第二项研究的资深作者Mehran Kianinia博士说：“我们的方法消除了对昂贵金刚石材料和离子注入的需求，这是加速金刚石量子硬件商业化的关键。”
在纳米规模上发表了“高Q，可转移金刚石谐振器的纳米制造” 。
“包含锗空位中心的单晶金刚石金字塔的自下而上的合成”发表在Advanced Quantum Technologies上。
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