Kvanteberegning byggeklodser

I årtier har videnskabsmænd vidst, at en kvantecomputer - en enhed, der lagrer og manipulerer information i kvanteobjekter såsom atomer eller fotoner - teoretisk kunne udføre visse beregninger langt hurtigere end nutidens computersystemer. Men at bygge "delene" til en kvantecomputer er en monumental forskningsopgave. En lovende tilgang involverer at bruge kvante-"spin"-egenskaben i nitrogen-vacancy-centre (NV) i diamanter til at lagre og behandle data. Men korrekt placering af disse centre er en stor udfordring. For nylig konstruerede forskere kæder af NV-centre i diamant med mere præcision end nogen tidligere indsats.

Diamond nanophotonics teknologi er en stor udfordrer for fremtidige optiske computere. Dette arbejde giver en helt egnet vej til storstilet produktion af kvantelogiske porte til kvantecomputere, der nærmer sig kraften i det menneskelige sind.

Forskere ved Massachusetts Institute of Technology skabte en helt egnet vej til storstilet produktion af kvantelogiske porte. Disse porte er en kritisk komponent til kvanteberegningsarkitekturer. Hos Center for Funktionelle Nanomaterialer, forskerne fremstillede de siliciumbaserede stencils. De brugte stencilerne til at mønstre NV-centrene. Stencilerne havde funktioner så små som 2 nanometer - næsten 10 gange mindre end nogen tidligere demonstration. Disse enheder er kompatible med tætheder, der kræves til kvantecomputere.

Inden for diamanter, ledige nitrogenstillinger har elektronspintilstande, der kan være nyttige for fremtidige kvantecomputere. NV elektronspin-triplet-niveauerne kan let manipuleres for at skabe langvarige tilstande (over millisekunder) ved stuetemperatur og endnu længere tilstande (nærmer sig et sekund) ved temperaturen af ​​flydende nitrogen. For at udvide denne tilgang til at skabe flere qubits, forskere udtænkte en fremstillingsteknik, der producerede ensembler med god afstand af flere NV'er. Afstanden er påkrævet for at give staterne mulighed for at parre, så de holder længere. Deres teknik er baseret på masker fremstillet af 270 nanometer tykke, siliciumbaserede stencils, gør det muligt at pakke 1-nanometer defekter på overfladen.

Holdets tilgang kombinerede det lave halvmaksimum i fuld bredde af implantationen af ​​atomkraftmikroskopispidsen med den hurtige mønsterdannelse, der er tilgængelig ved hjælp af elektronstrålelitografi. Holdet brugte stencilerne til at nå et regime, hvor nitrogenfordelingen ikke længere er begrænset af størrelsen af ​​åbningen på stencilen, men af ​​den grundlæggende proces med implanteret nitrogenspredning i diamantgitteret. Holdets arbejde åbner døren til skalerbar skabelse af isolerede spin-ensembler til næste generations kvanteberegning.