Decennialang wisten wetenschappers dat een kwantumcomputer - een apparaat dat informatie in kwantumobjecten zoals atomen of fotonen opslaat en manipuleert - in theorie bepaalde berekeningen veel sneller zou kunnen uitvoeren dan de huidige computerschema's. Maar het bouwen van de "onderdelen" voor een kwantumcomputer is een monumentale onderzoekstaak. Een veelbelovende benadering omvat het gebruik van de kwantum "spin" -eigenschap van stikstof-vacature (NV) -centra in diamanten om gegevens op te slaan en te verwerken. Maar het goed plaatsen van deze centra is een grote uitdaging. Onlangs construeerden onderzoekers kettingen van NV-centra in diamant met meer precisie dan enige eerdere poging.

Diamant-nanofotonica-technologie is een belangrijke concurrent voor toekomstige optische computers. Dit werk biedt een volledig geschikt pad voor de grootschalige productie van kwantumlogica-poorten voor kwantumcomputers die de kracht van de menselijke geest benaderen.

Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology hebben een volledig geschikt pad gecreëerd voor de grootschalige productie van kwantumlogica-poorten. Deze poorten zijn een cruciaal onderdeel voor quantum computing-architecturen. Bij het Centrum voor Functionele Nanomaterialen, de onderzoekers fabriceerden de op silicium gebaseerde stencils. Ze gebruikten de stencils om de NV-centra te modelleren. De stencils hadden eigenschappen zo klein als 2 nanometer - bijna 10 keer kleiner dan enige eerdere demonstratie. Deze apparaten zijn compatibel met de dichtheid die vereist is voor kwantumcomputers.

Binnen diamanten, stikstofvacatures hebben elektronenspintoestanden die nuttig kunnen zijn voor toekomstige kwantumcomputers. De NV-elektronenspintripletniveaus kunnen gemakkelijk worden gemanipuleerd om langdurige toestanden (meer dan milliseconden) te creëren bij kamertemperatuur en zelfs langere toestanden (bijna één seconde) bij de temperatuur van vloeibare stikstof. Om deze benadering uit te breiden om meer qubits te maken, onderzoekers bedachten een fabricagetechniek die goed gespreide ensembles van verschillende NV's produceerde. De tussenruimte is nodig om de staten te koppelen, zodat ze langer meegaan. Hun techniek is gebaseerd op maskers gemaakt van 270 nanometer dik, stencils op basis van silicium, waardoor defecten van 1 nanometer op het oppervlak kunnen worden verpakt.

De benadering van het team combineerde het lage halve maximum over de volledige breedte van de implantatie van de atoomkrachtmicroscopiepunt met de snelle patronen die beschikbaar zijn met behulp van elektronenstraallithografie. Het team gebruikte de stencils om een ​​regime te bereiken waarbij de stikstofverdeling niet langer wordt beperkt door de grootte van de opening op het stencil, maar door het basisproces van geïmplanteerde stikstofverstrooiing in het diamantrooster. Het werk van het team opent de deur naar schaalbare creatie van geïsoleerde spin-ensembles voor kwantumcomputers van de volgende generatie.