Teknik baru untuk menciptakan nanodiamon NV-doped mungkin meningkatkan komputasi kuantum

Cara Pakai Pengkilap Kekinian Mizushield Untuk Segala Jenis Motor (Juni 2019).

Anonim

Para peneliti di North Carolina State University telah mengembangkan teknik baru untuk menciptakan nanodiamon tunggal-kristal nik-doped, hanya memiliki lebar empat hingga delapan nanometer, yang dapat berfungsi sebagai komponen dalam teknologi komputasi kuantum suhu-kamar. Nanodiamon doped ini juga menjanjikan untuk digunakan dalam sensor foton tunggal dan tidak beracun, biomarker fluorescent.

Saat ini, komputer menggunakan logika biner, di mana setiap unit biner - atau bit - berada dalam salah satu dari dua keadaan: 1 atau 0. Komputasi kuantum memanfaatkan superposisi dan belitan, memungkinkan penciptaan bit kuantum - atau qubit - yang dapat memiliki sejumlah besar kemungkinan negara. Komputasi kuantum memiliki potensi untuk meningkatkan daya dan kecepatan komputasi secara signifikan.

Sejumlah opsi telah dieksplorasi untuk menciptakan sistem komputasi kuantum, termasuk penggunaan berlian yang memiliki pusat-pusat "nitrogen-lowongan". Di situlah penelitian ini masuk.

Biasanya, berlian memiliki struktur kristal yang sangat spesifik, terdiri dari tetrahedron berlian yang berulang, atau kubus. Setiap kubus mengandung lima atom karbon. Tim peneliti NC State telah mengembangkan teknik baru untuk menciptakan tetrahedron berlian yang memiliki dua atom karbon; satu kekosongan, di mana atom hilang; satu atom karbon-13 (isotop karbon stabil yang memiliki enam proton dan tujuh neutron); dan satu atom nitrogen. Ini disebut pusat NV. Setiap nanodiamond NV-doped mengandung ribuan atom, tetapi hanya memiliki satu pusat NV; sisa tetrahedron di nanodiamond dibuat hanya dari karbon.

Ini adalah perbedaan kecil secara atomik, tetapi itu membuat perbedaan besar.

"Titik kecil itu, pusat NV, mengubah nanodiamond menjadi qubit, " kata Jay Narayan, John C. Fan Distinguished Chair, Profesor Sains Bahan dan Teknik di NC State dan penulis utama makalah yang menjelaskan pekerjaan itu. "Setiap pusat NV memiliki dua transisi: NV0 dan NV-. Kita dapat bolak-balik antara dua negara ini menggunakan arus listrik atau laser. Nanodiamon ini bisa berfungsi sebagai blok bangunan dasar dari komputer kuantum."

Untuk membuat nanodiamonds ini, para peneliti mulai dengan substrat, seperti seperti safir, gelas atau polimer plastik. Substrat ini kemudian dilapisi dengan karbon unsur karbon amorf yang, tidak seperti grafit atau berlian, tidak memiliki struktur kristal biasa yang terdefinisi dengan baik. Saat mendepositkan film karbon amorf, para peneliti membombardirnya dengan ion nitrogen dan ion karbon-13. Karbon kemudian dipukul dengan pulsa laser yang meningkatkan suhu karbon menjadi sekitar 4.000 Kelvin (atau sekitar 3.727 derajat Celcius) dan kemudian dengan cepat dipadamkan. Operasi ini selesai dalam sepersejuta detik dan berlangsung di satu atmosfer - tekanan yang sama seperti udara di sekitarnya. Dengan menggunakan substrat yang berbeda dan mengubah durasi denyut laser, para peneliti dapat mengontrol seberapa cepat karbon mendingin, yang memungkinkan mereka untuk menciptakan struktur nanodiamond.

"Pendekatan kami mengurangi ketidakmurnian; mengontrol ukuran nanodiamond NV-doped, memungkinkan kita untuk menempatkan nanodiamond dengan jumlah presisi yang cukup, dan langsung menggabungkan karbon-13 ke dalam materi, yang diperlukan untuk menciptakan keterikatan yang diperlukan dalam komputasi kuantum., "Kata Narayan. "Semua nanodiamonds benar-benar selaras melalui paradigma pencocokan epitaksi domain, yang merupakan kemajuan signifikan atas teknik yang ada untuk menciptakan nanodiamonds nike-NV."

"Teknik baru ini tidak hanya menawarkan kontrol dan keseragaman yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam nanodiamon NV-doped, itu juga lebih murah daripada teknik yang ada, " kata Narayan. "Mudah-mudahan, ini akan memungkinkan kemajuan signifikan dalam bidang komputasi kuantum."

Para peneliti saat ini sedang berbicara dengan kelompok-kelompok pemerintah dan sektor swasta tentang bagaimana melangkah maju. Salah satu bidang yang menarik adalah untuk mengembangkan sarana menciptakan sistem self-assembling yang menggabungkan nanodiamonds nan-doped terjerat untuk komputasi kuantum.

Makalah ini, "Sintesis dan sifat-sifat baru nanodiamon murni dan NV-doped dan struktur nano lainnya, " diterbitkan dalam jurnal Research Research Letters.

menu
menu