Нанопрецизионная печать наноалмазов НВ-центра по новой технологии. Предоставлено: Университет Гонконга.

Нанокристаллы алмаза, а именно наноалмазы, содержащие точечные дефекты, такие как азотно-вакансионные (NV) центры, являются многообещающим квантовым материалом.

Центральным требованием для реализации практических приложений является произвольное размещение отдельных NV-центров на интегральных схемах. Это имеет решающее значение для внедрения квантовых технологий , что приводит к ряду захватывающих возможностей и новых областей, таких как квантовые компьютеры, квантовая связь и квантовая метрология.

Однако для достижения наноразмерной точности, масштабируемости, рентабельности и эффективного соединения с широким спектром нанофотонных схем по-прежнему необходим гибкий универсальный маршрут.

Для позиционирования наноалмазов с NV-центрами на различных подложках и схемах было разработано несколько методов, таких как сложный подход к наноманипуляции «выбери и помести». Однако это условие по-прежнему страдает от низкой точности позиционирования, низкой производительности и сложности процесса.

Группа под руководством доктора Цзи Тэ Кима с факультета машиностроения и доктора Чжициня Чу с факультета электротехники и электроники Гонконгского университета (HKU) разработала метод наноточной печати азотно-вакансионных материалов (NV) в алмазе на квантовом уровне, отвечающие технологическим требованиям.

Этот новый подход является практичным и экономически эффективным, открывая путь для производства устройств обработки квантовой информации, квантовых вычислений и биосенсорных устройств.

Печатные NV-центры на квантовом уровне. а) Конфокальное флуоресцентное изображение. б) Корреляционные функции второго порядка g(2)(τ) соответствующих пятен флуоресценции. c) Гистограмма распределения количества печатных NV-центров на пятно. Предоставлено: Университет Гонконга.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Advanced Science в статье под названием «Прямая печать наноалмазов по требованию на квантовом уровне».

Центр NV представляет собой точечный дефект в решетке алмаза и является наиболее распространенным дефектом в наноалмазах. Он стал источником энергии для квантовых систем из-за их устойчивых квантовых состояний даже при комнатной температуре , в то время как другие квантовые системы, такие как сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство, могут работать только при криогенных температурах , то есть от -150 градусов по Цельсию (-238 градусов по Фаренгейту) до абсолютный ноль (-273 градуса по Цельсию или -460 градусов по Фаренгейту).

В частности, это атомоподобное твердотельное устройство с оптически адресуемыми спиновыми степенями свободы обеспечивает ключевые функции для работы в качестве квантового бита и/или квантового датчика в твердотельных квантовых процессорах.

«Алмаз — самый твердый материал, поэтому его трудно изготовить»

Исследователи разработали инновационный способ решения этой проблемы. Они использовали электрическое дозирование жидких капель, содержащих наноалмазы, субаттолитрового (<10-18 литров ) объема для размещения НВ-центров непосредственно на универсальных подложках.

«Насколько нам известно, разработанная методика впервые демонстрирует субволновую точность позиционирования, количественный контроль на уровне отдельных дефектов и возможности построения произвольной формы, отвечая технологическим требованиям, что знаменует собой значительный прорыв в производстве квантовых устройств. », — сказал доктор Чу Чжицинь.