德国科研团队推出一套制造平台，可在纳米尺度加工金刚石，并植入原子级缺陷。该系统旨在将这种高硬度晶体转化为下一代量子计算机、高安全性通信链路和高灵敏度量子传感器的可靠构建单元。

该计划由费迪南德-布劳恩研究所（FBH）与柏林洪堡大学共建的金刚石纳米光子学联合实验室主导。金刚石是量子硬件的自然候选材料。在其刚性晶体结构中，缺失的碳原子或外来元素形成称为色心的缺陷。这些缺陷的行为类似被束缚的单原子。物理学家可用激光读取并改变其自旋态，从而生成稳定的量子信息比特。

然而，用金刚石构建实用量子微芯片一直十分困难。全球半导体产业用数十年完善硅电路量产；相比之下，金刚石加工仍处于早期阶段。金刚石脆、化学惰性，在操作过程中易受微观损伤。

面向未来集成的精密制造

柏林团队通过设计一条工业级制造流程应对该障碍，流程包含三个核心阶段。第一阶段聚焦表面清理。研究团队在新闻稿中称，机械抛光会在表面附近留下应变和损伤，可能在量子应用中引入不需要的噪声。为消除该问题，工程师使用氧基和氯基等离子体刻蚀。该技术可去除最多20微米厚的受损材料，留下平均粗糙度仅0.5纳米的极平坦表面。第二阶段按需引入功能性量子缺陷。工程师将选定离子束直接射入高纯合成金刚石。该设施可植入氮、硅、锗、锡或碳原子。由于宿主金刚石几乎不含杂质，植入的色心可保持较长相干时间，并免受周围电磁干扰。

新闻稿补充称，FBH还可将金刚石刻蚀成纳米柱。研究人员使用电子束光刻把金刚石加工成纳米柱。这些微小柱体充当内置光学天线。当柱内单个缺陷中心发射光子时，柱体将光向上引导，而不是让光在晶体内散射。该设计显著提高单光子收集效率，这是传输加密密钥的量子网络的关键要求。

适配多种缺陷类型

联合实验室负责人蒂姆·施罗德教授表示，该团队正利用金刚石加工能力建立技术平台，将精密纳米制造与量子光学功能结合。他指出，这些工艺可适配多种缺陷类型，并能同时支持研究团队和工业客户。下一步，团队计划将这些金刚石纳米柱直接集成到标准光子电路中，为紧凑型量子光源和可扩展量子中继器铺路。

施罗德总结称，这使他们能够为不同色心开发和优化工艺，并将其用于研究和面向应用的开发。