I decennier har forskare vetat att en kvantdator – en enhet som lagrar och manipulerar information i kvantobjekt som atomer eller fotoner – teoretiskt sett skulle kunna utföra vissa beräkningar mycket snabbare än dagens datorsystem. Men att bygga "delarna" till en kvantdator är en monumental forskningsuppgift. Ett lovande tillvägagångssätt involverar att använda kvant-"spin"-egenskapen hos kvävevakanscenter (NV) i diamanter för att lagra och bearbeta data. Men att placera dessa centra på rätt sätt är en stor utmaning. Nyligen konstruerade forskare kedjor av NV-center i diamant med mer precision än någon tidigare ansträngning.

Diamond nanophotonics-teknik är en stor utmanare för framtida optiska datorer. Detta arbete tillhandahåller en helt lämplig väg för storskalig produktion av kvantlogiska grindar för kvantdatorer som närmar sig kraften i det mänskliga sinnet.

Forskare vid Massachusetts Institute of Technology skapade en helt lämplig väg för storskalig produktion av kvantlogiska grindar. Dessa grindar är en kritisk komponent för kvantberäkningsarkitekturer. Vid Centrum för funktionella nanomaterial, forskarna tillverkade de kiselbaserade stencilerna. De använde schablonerna för att mönstra NV-centrumen. Schablonerna hade egenskaper så små som 2 nanometer - nästan 10 gånger mindre än någon tidigare demonstration. Dessa enheter är kompatibla med densiteter som krävs för kvantdatorer.

Inom diamanter, kvävevakanser har elektronspintillstånd som kan vara användbara för framtida kvantdatorer. NV-elektronspinntriplettnivåerna kan lätt manipuleras för att skapa långvariga tillstånd (som överstiger millisekunder) vid rumstemperatur och ännu längre tillstånd (närmar sig en sekund) vid temperaturen för flytande kväve. För att utöka detta tillvägagångssätt för att skapa fler qubits, forskare utarbetade en tillverkningsteknik som producerade väl fördelade ensembler av flera NVs. Avståndet krävs för att staterna ska kunna kopplas ihop så att de håller längre. Deras teknik är baserad på masker tillverkade av 270 nanometer tjocka, silikonbaserade stenciler, vilket gör att 1-nanometer defekter kan packas på ytan.

Teamets tillvägagångssätt kombinerade det låga halvmaximumet i full bredd av implantationen av atomkraftmikroskopspetsen med den snabba mönstringen som är tillgänglig med elektronstrålelitografi. Teamet använde stencilerna för att nå en regim där kvävefördelningen inte längre begränsas av storleken på öppningen på stencilen utan av den grundläggande processen med implanterad kvävespridning i diamantgittret. Teamets arbete öppnar dörren till skalbart skapande av isolerade spin-ensembler för nästa generations kvantberäkningar.