В Массачусетском технологическом институте (MIT) изобретён новый подход к созданию упорядоченных групп азото-замещённых вакансий (NV-центров) в алмазе, которые в перспективе могут найти применение для записи и обработки квантовых данных.

Алмазная нанофотоника — один из главных претендентов на роль технологии будущих оптических компьютеров. Новая работа предлагает практичный путь организации крупномасштабного производства квантовых логических вентилей. Такие вентили являются критичными компонентами архитектур квантовых компьютеров.

В алмазах азотные вакансии имеют электронные спиновые состояния, которые могут быть полезны для квантовых компьютеров. Спиновыми триплетными уровнями NV-центров легко манипулировать, получая долгоживущие состояния. Они сохраняют стабильность более миллисекунды при комнатных температурах и значительно дольше (до одной секунды) при температуре жидкого азота.

В Центре функциональных наноматериалов Брукхэвенской Национальной Лаборатории (штат Нью-Йорк) были изготовлены кремниевые трафареты для точного взаимного позиционирования NV-центров. Эти трафареты обеспечивают детализацию около 2 нм — почти в 10 раз меньше, чем достигалось в лучших предшествующих демонстрациях.

Маски из кремниевых трафаретов толщиной 270 нм позволяли размещать на поверхности алмаза 1-нанометровые дефекты методом электронно-лучевой литографии с использованием для имплантации вакансий острия зонда атомно-силового микроскопа. При этом учёные достигали режима, при котором распределение азота больше не ограничивалось размерами отверстий шаблона, но определялось базовым процессом рассеяния имплантированного азота на алмазной решетке.

Итоги работы, представленной в журнале Nano Letters, создают предпосылки для масштабируемого получения изолированных спиновых ансамблей для квантовых вычислений следующего поколения.