論文の概要: Foundry-Enabled Patterning of Diamond Quantum Microchiplets for Scalable Quantum Photonics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.20025v1
• Date: Tue, 27 Jan 2026 19:58:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-29 15:46:06.644296
• Title: Foundry-Enabled Patterning of Diamond Quantum Microchiplets for Scalable Quantum Photonics
• Title（参考訳）: スケーラブル量子フォトニクスのためのダイヤモンド量子マイクロチップレットのキャラクタリゼーション
• Authors: Jawaher Almutlaq, Alessandro Buzzi, Anders Khaykin, Linsen Li, William Yzaguirre, Maxim Sirotin, Gerald Gilbert, Genevieve Clark, Dirk Englund,
• Abstract要約: 量子技術はセキュアな通信ネットワークと強力な情報処理を約束する。 ダイヤモンドは、単一の光子を放出する原子スケールの欠陥をホストし、異常な安定性で量子情報を保存できるため、量子デバイスにとって魅力的な材料である。 ダイアモンド量子フォトニクスを工業生産に近づける製造手法を導入する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 32.88901460496797
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum technologies promise secure communication networks and powerful new forms of information processing, but building these systems at scale remains a major challenge. Diamond is an especially attractive material for quantum devices because it can host atomic-scale defects that emit single photons and store quantum information with exceptional stability. However, fabricating the optical structures needed to control light in diamond typically relies on slow, bespoke processes that are difficult to scale. In this work, we introduce a manufacturing approach that brings diamond quantum photonics closer to industrial production. Instead of sequentially defining each device by lithography written directly on diamond, we fabricate high-precision silicon masks using commercial semiconductor foundries and transfer them onto diamond via microtransfer printing. These masks define large arrays of nanoscale optical structures, shifting the most demanding pattern-definition steps away from the diamond substrate, improving uniformity, yield, and throughput. Using this method, we demonstrate hundreds of diamond "quantum microchiplets" with improved optical performance and controlled interaction with quantum emitters. The chiplet format allows defective devices to be replaced and enables integration with existing photonic and electronic circuits. Our results show that high-quality diamond quantum devices can be produced using scalable, foundry-compatible techniques. This approach provides a practical pathway toward large-scale quantum photonic systems and hybrid quantum-classical technologies built on established semiconductor manufacturing infrastructure.
• Abstract（参考訳）: 量子技術はセキュアな通信ネットワークと強力な情報処理を約束するが、これらのシステムを大規模に構築することは大きな課題である。 ダイヤモンドは量子デバイスにとって特に魅力的な材料であり、単一の光子を放出する原子スケールの欠陥をホストし、異常な安定性で量子情報を保存できる。 しかし、ダイヤモンドの光を制御するのに必要な光学構造を作るには、通常、スケールが難しい遅くて不気味なプロセスに依存する。 本研究では,ダイヤモンド量子フォトニクスを工業生産に近づける製造手法を提案する。 ダイヤモンドに直接書き込むリソグラフィーで各デバイスを逐次定義する代わりに、商用半導体ファウントリーを用いて高精度シリコンマスクを作製し、マイクロトランスファー印刷によりダイヤモンドに転送する。 これらのマスクは、ナノスケールの光学構造の大規模な配列を定義し、最も要求の多かったパターン定義ステップをダイヤモンド基板から切り離し、均一性、収率、スループットを向上させる。 この方法を用いて、光学性能を改善し、量子エミッタとの相互作用を制御することで、数百のダイヤモンド「量子マイクロチップレット」を実証する。 チップレットフォーマットは、欠陥のあるデバイスを交換し、既存のフォトニックおよび電子回路との統合を可能にする。 以上の結果から,高品質なダイヤモンド量子デバイスを,スケーラブルでファウンドリ互換な技術で製造できることが示唆された。 このアプローチは、確立された半導体製造基盤上に構築された大規模量子フォトニクスシステムとハイブリッド量子古典技術への実践的な経路を提供する。

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