워싱턴 대학교 연구진이 광자와 다이아몬드 기반 큐비트 간의 결정론적 상호작용을 가능하게 하는 갈륨인화물(GaP)과 다이아몬드 기판을 통합한 플랫폼을 개발했다. 이 칩 기반 시스템은 양자 네트워킹의 핵심 병목 현상인 큐비트 정보를 장거리 전송을 위한 광자로 안정적으로 변환하는 문제를 해결해줄 것으로 보인다.
하이브리드 통합형 GaP-온-다이아몬드 나노포토닉 플랫폼은 광자와 다이아몬드 내 실리콘 공극(SiV) 센터라는 큐비트 사이의 상호작용을 안정적으로 제어한다. 연구팀은 제작 공정을 통해 99.5%의 효율로 다이아몬드 상에 600개 이상의 GaP 나노포토닉 공진기를 구현해 실용적인 양자 네트워크 구축을 위한 발판을 마련했다.
빛과 물질 간의 강한 상호작용을 나타내는 척도인 협력도를 1 이상으로 달성한 이 새로운 플랫폼은 산란광을 통해 실리콘 공극(SiV) 큐비트의 상태를 안정적으로 감지하게 해준다.
그동안은 이러한 강한 상호작용을 구현하는 것이 다이아몬드 기판 내 GaP 광자층과 SiV 중심 사이의 물리적 분리 때문에 어려웠다.
연구팀은 2023년에 처음 선보인 스탬프 전사 공정을 개선하여 이러한 한계를 극복했다. 이를 통해 SiV 중심과 광자 간의 상호 작용을 손상시키지 않고 GaP 소자를 에칭되지 않은 다이아몬드에 직접 통합할 수 있게 되었다.
