'Kvantteknologi' använder de unika fenomenen kvantöverlagring och intrassling för att koda och bearbeta information, med potentiellt stora fördelar med ett brett spektrum av informationsteknologier, från kommunikation till avkänning och datorer.

En stor utmaning vid utvecklingen av denna teknik är dock att kvantfenomenen är mycket ömtåliga, och bara en handfull fysiska system har identifierats där de överlever tillräckligt länge och är tillräckligt kontrollerbara för att vara användbara. Atomdefekter i material som diamant är ett sådant system, men brist på tekniker för att tillverka och konstruera kristalldefekter i atomskala har hittills begränsat framstegen.

Ett team av forskare demonstrerar, i ett papper publicerat i Optica , framgången med den nya metoden för att skapa särskilda defekter i diamanter som kallas nitrogen-vacancy (NV) färgcentra. Dessa innefattar en kväveförorening i diamant (kol) gitteret som ligger intill en tom gitterplats eller tomrum. NV -centren skapas genom att fokusera en sekvens av ultrasnabba laserpulser in i diamanten, varav den första har en energi som är tillräckligt hög för att generera lediga platser i mitten av laserfokus, med efterföljande pulser med en lägre energi för att mobilisera vakanserna tills en av dem binder till en kväveförorening och bildar det erforderliga komplexet.

Den nya forskningen genomfördes av ett team som leddes av professor Jason Smith vid Material Department, Oxfords universitet, och Dr Patrick Salter och professor Martin Booth vid Institutionen för teknikvetenskap, Oxfords universitet, i samarbete med kollegor vid University of Warwick. Det ägde rum inom forskningsprogrammet för NQIT, Quantum Computing Technology Hub i UK Quantum Technologies Program, med stöd från DeBeers UK som levererade diamantprovet.

Forskarnas nya metod innebär att en känslig fluorescensmonitor används för att detektera ljus som sänds ut från fokalområdet, så att processen kan styras aktivt som svar på den observerade signalen. Genom att kombinera lokal kontroll och feedback, den nya metoden underlättar produktionen av uppsättningar av enstaka NV -center med exakt ett färgcentrum på varje plats - en nyckelfunktion för att bygga skalbar teknik. Det tillåter också exakt placering av defekterna, viktigt för konstruktion av integrerade enheter. Den snabba enkelstegsprocessen automatiseras enkelt och varje NV-center tar bara några sekunder att skapa.

Prof Martin Booth säger:'Färgcentra i diamant erbjuder en mycket spännande plattform för utveckling av kompakt och robust kvantteknik, och denna nya process är en potentiell spelväxlare i konstruktionen av de nödvändiga materialen. Det finns fortfarande mer arbete att göra för att optimera processen, men förhoppningsvis kommer detta steg att hjälpa till att påskynda leveransen av denna teknik. '

Forskarna tror att denna metod i slutändan kan användas för att tillverka centimeterstora diamantflisar som innehåller 100, 000 eller fler NV -centra som en väg mot kvantteknikens "heliga gral", en universalfeltolerant kvantdator.

Prof Jason Smith säger:'' De första kvantdatorer börjar nu dyka upp men dessa maskiner, imponerande som de är, bara repa ytan av vad som kan uppnås och plattformarna som används kanske inte är tillräckligt skalbara för att inse den fulla kraft som kvantdatorn har att erbjuda. Diamantfärgcentra kan ge en lösning på detta problem genom att packa höga densiteter av qubits på ett chip i solid state, som kunde trasslas in i varandra med hjälp av optiska metoder för att bilda hjärtat i en kvantdator. Möjligheten att skriva NV -centra till diamant med hög grad av kontroll är ett viktigt första steg mot dessa och andra enheter. '