แม้ว่าโดยปกติแล้วซิลิคอนจะใช้สำหรับคอมพิวเตอร์และฮาร์ดแวร์ของโทรศัพท์มือถือ แต่เพชรก็มีคุณสมบัติเฉพาะตัวที่ทำให้มีประโยชน์เป็นพิเศษสำหรับเทคโนโลยีควอนตัมที่เกิดขึ้นใหม่ เช่น ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ควอนตัม การสื่อสารที่ปลอดภัย และเซ็นเซอร์

อย่างไรก็ตาม มีปัญหาสำคัญสองประการคือ ต้นทุนและความยากลำบากในการสร้างชั้นเพชรคริสตัลเดี่ยวซึ่งมีขนาดเล็กกว่าหนึ่งในล้านของเมตร

ทีมวิจัยจาก ARC Center of Excellence for Transformative Meta-Optics ที่ University of Technology Sydney (UTS) ซึ่งนำโดยศาสตราจารย์ Igor Aharonovich ได้ตีพิมพ์บทความวิจัยสองฉบับในNanoscaleและAdvanced Quantum Technologiesเพื่อจัดการกับความท้าทายเหล่านี้

"สำหรับเพชรที่จะใช้ในการใช้งานควอนตัม เราจำเป็นต้องสร้าง "ข้อบกพร่องทางแสง" อย่างแม่นยำในอุปกรณ์เพชร - โพรงและท่อนำคลื่น - เพื่อควบคุม จัดการ และอ่านข้อมูลในรูปแบบของ qubits - เวอร์ชันควอนตัมของคอมพิวเตอร์คลาสสิก บิต” ศาสตราจารย์อาโรโนวิชกล่าว

“มันเหมือนกับการตัดรูหรือแกะสลักร่องน้ำในแผ่นเพชรที่บางมาก เพื่อให้แน่ใจว่าแสงเดินทางและสะท้อนไปในทิศทางที่ต้องการ” เขากล่าว

เพื่อเอาชนะความท้าทาย "การแกะสลัก" นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการปิดบังแบบแข็งใหม่ซึ่งใช้ชั้นทังสเตนโลหะบาง ๆ เพื่อจัดรูปแบบโครงสร้างนาโนของเพชรทำให้สามารถสร้างโพรงคริสตัลแบบหนึ่งมิติได้

"การใช้ทังสเตนเป็นหน้ากากแบบแข็งช่วยแก้ปัญหาข้อบกพร่องหลายประการของการผลิตเพชร โดยทำหน้าที่เป็นชั้นนำไฟฟ้าที่ควบคุมได้อย่างสม่ำเสมอเพื่อปรับปรุงการมีชีวิตของการพิมพ์หินด้วยลำแสงอิเล็กตรอนที่ความละเอียดระดับนาโน" ผู้เขียนนำบทความในNanoscaleผู้สมัครระดับปริญญาเอกของ UTS Blake Regan กล่าว .

ตามความรู้ที่ดีที่สุดของเรา เราขอเสนอหลักฐานแรกเกี่ยวกับการเติบโตของโครงสร้างเพชรผลึกเดี่ยวจากวัสดุโพลีคริสตัลไลน์โดยใช้วิธีการจากล่างขึ้นบน เช่น การปลูกดอกไม้จากเมล็ด

"นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถถ่ายโอนอุปกรณ์เพชรหลังการผลิตไปยังพื้นผิวที่เลือกได้ภายใต้สภาวะแวดล้อม และกระบวนการนี้สามารถเป็นแบบอัตโนมัติต่อไปเพื่อสร้างส่วนประกอบแบบแยกส่วนสำหรับวงจรโฟโตนิกควอนตัมที่ใช้เพชร" เขากล่าว

ชั้นทังสเตนมีความกว้าง 30 นาโนเมตร ซึ่งบางกว่าเส้นผมมนุษย์ประมาณ 10,000 เท่า อย่างไรก็ตาม มันสามารถกัดเพชรได้มากกว่า 300 นาโนเมตร ซึ่งเป็นสถิติการเลือกสำหรับการประมวลผลเพชร

ข้อดีอีกประการหนึ่งคือการถอดหน้ากากทังสเตนไม่จำเป็นต้องใช้กรดไฮโดรฟลูออริก ซึ่งเป็นหนึ่งในกรดที่อันตรายที่สุดที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ดังนั้นจึงช่วยเพิ่มความปลอดภัยและการเข้าถึงกระบวนการผลิตเพชรนาโนได้อย่างมีนัยสำคัญ

เพื่อแก้ไขปัญหาด้านต้นทุน และปรับปรุงความสามารถในการปรับขนาด ทีมงานได้พัฒนาขั้นตอนที่เป็นนวัตกรรมใหม่เพื่อขยายโครงสร้างโฟโตนิกไดมอนด์คริสตัลเดี่ยวที่มีข้อบกพร่องควอนตัมฝังตัวจากซับสเตรตโพลีคริสตัลไลน์

"กระบวนการของเราอาศัยเพชรคริสตัลไลน์ขนาดใหญ่ที่มีต้นทุนต่ำกว่า ซึ่งมีจำหน่ายในรูปแบบเวเฟอร์ขนาดใหญ่ ซึ่งแตกต่างจากเพชรคริสตัลเดี่ยวคุณภาพสูงที่ใช้กันทั่วไป ซึ่งจำกัดเพียงไม่กี่มิลลิเมตร2" มิลาด โนฮาล ผู้สมัครระดับปริญญาเอกของ UTS ผู้เขียนนำของการศึกษาวิจัยในขั้นสูงกล่าว เทคโนโลยีควอนตัม .

“ตามความรู้ที่ดีที่สุดของเรา เราขอเสนอหลักฐานแรกเกี่ยวกับการเติบโตของโครงสร้างเพชรผลึกเดี่ยวจากวัสดุโพลีคริสตัลไลน์โดยใช้วิธีการจากล่างขึ้นบน เช่น การปลูกดอกไม้จากเมล็ด” เขากล่าวเสริม

"วิธีการของเราช่วยลดความจำเป็นในการใช้วัสดุเพชรราคาแพงและการใช้การฝังไอออน ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการเร่งการจำหน่ายฮาร์ดแวร์ควอนตัมเพชร" UTS Dr Mehran Kianinia ผู้เขียนอาวุโสในการศึกษาครั้งที่สองกล่าว