Da decenni gli scienziati sanno che un computer quantistico, un dispositivo che memorizza e manipola le informazioni in oggetti quantistici come atomi o fotoni, potrebbe teoricamente eseguire determinati calcoli molto più velocemente degli schemi di calcolo odierni. Ma costruire le "parti" per un computer quantistico è un compito di ricerca monumentale. Un approccio promettente prevede l'utilizzo della proprietà di "spin" quantistica dei centri di azoto vacanti (NV) nei diamanti per archiviare ed elaborare i dati. Ma posizionare correttamente questi centri è una sfida importante. Recentemente i ricercatori hanno costruito catene di centri NV in diamante con una precisione maggiore rispetto a qualsiasi sforzo precedente.

La tecnologia nanofotonica del diamante è uno dei principali contendenti per i futuri computer ottici. Questo lavoro fornisce un percorso del tutto adatto per la produzione su larga scala di porte logiche quantistiche per computer quantistici che si avvicinano al potere della mente umana.

Gli scienziati del Massachusetts Institute of Technology hanno creato un percorso del tutto adatto per la produzione su larga scala di porte logiche quantistiche. Queste porte sono un componente critico per le architetture di calcolo quantistico. Al Centro per i Nanomateriali Funzionali, i ricercatori hanno fabbricato gli stampini a base di silicio. Hanno usato gli stampini per modellare i centri NV. Gli stampini possedevano caratteristiche piccole come 2 nanometri, quasi 10 volte più piccole di qualsiasi precedente dimostrazione. Questi dispositivi sono compatibili con le densità richieste per i computer quantistici.

Dentro i diamanti, le vacanze di azoto hanno stati di spin degli elettroni che potrebbero essere utili per i futuri computer quantistici. I livelli di tripletta di spin dell'elettrone NV possono essere facilmente manipolati per creare stati di lunga durata (che superano i millisecondi) a temperatura ambiente e stati ancora più lunghi (che si avvicinano a un secondo) alla temperatura dell'azoto liquido. Per estendere questo approccio per creare più qubit, i ricercatori hanno ideato una tecnica di fabbricazione che ha prodotto insiemi ben distanziati di diversi NV. La spaziatura è necessaria per consentire agli stati di accoppiarsi in modo che durino più a lungo. La loro tecnica si basa su maschere prodotte da 270 nanometri di spessore, stampini a base di silicio, consentendo di impacchettare sulla superficie difetti di 1 nanometro.

L'approccio del team ha combinato l'impianto di punta della microscopia a forza atomica a larghezza piena ridotta e metà massima con il patterning rapido disponibile utilizzando la litografia a fascio di elettroni. Il team ha utilizzato gli stampini per raggiungere un regime in cui la distribuzione dell'azoto non è più limitata dalle dimensioni dell'apertura sullo stampino, ma dal processo di base della diffusione dell'azoto impiantato nel reticolo del diamante. Il lavoro del team apre le porte alla creazione scalabile di insiemi di spin isolati per il calcolo quantistico di prossima generazione.