Quantum computing is a form of modern date information processing based on quantum mechanical phenomena such as entanglement and superposition. The first terms of quantum computing date back to the 1980s and was mentioned by many scientists and engineers such as Richard Feynman. Along with quantum computing, many other related technologies such as quantum key distribution have emerged. Most of all, many researchers have tried to find the appropriate real world element to perform these technologies, hence, to find an appropriate platform to encode the information into qubits, the basic element of quantum information. Since quantum computing is based on quantum mechanical based phenomena, the quanta or basic unit of physical elements such as single photons, spins, electrons, nano sized structures have been used to enable the processes, but the ultimate solution has yet to be found.
Of all candidates, defect centers in solid state materials have emerged as a convenient platform for encoding information into so called qubits. Their high temperature stability up to room temperatures yield economic aspects compared to transistors and quantum dots, which can be used only at cryogenic temperatures. Defect centers have also shown to yield single photons and spins, which are both used as quantum information processing, providing a variety of physical phenomena for encoding qubits.
Basic quantum information platforms have been performed using defect centers, but their low intrinsic density, slow emission rates, and difficult integrability with other photonic components hinders satisfactory conditions for modern technologies. In this research, we use high energy particle and high energy laser pulse irradiation for deterministic site controlled formation of defect centers in solid center materials. By these methods, we hope to increase the density of defect centers that can be used for such platforms and provide suitable site controllability for future integration with other photonic components.
양자 컴퓨팅은 중첩과 얽힘과 같은 양자 역학적인 현상을 기반으로 한 현대 정보 처리 기술 중 하나이다. 양자 컴퓨팅에 대한 최초의 개념은 1980년대에 파인만과 같은 과학자들의 언급에서 시작되었으며, 현대에 와서는 기술의 발달로 양자 정보 통신과 같은 다양한 분야로 확대되었다. 복잡한 작동 방식을 기반으로 한 양자 컴퓨팅은 같은 기술에 대해서도 다양한 프로토콜이 탄생했으며, 많은 사람들이 이를 실제 세계에서 구현할 후보군을 찾으려고 노력 중이다. 양자 역학적인 현상을 이용해야 하므로, 물리적 현상의 기본이 되는 요소를 이용해야 하는데 현재까지는 단일 광자, 스핀, 전자, 나노 구조 등의 후보들을 이용한 방식이 실천되었으나 최적의 후보군은 아직 발견되지 않았다.
양자 컴퓨팅에서 정보의 단위를 큐비트라고 부르는데, 결정 구조 속의 결점이 용이한 후보군으로 많이 언급되었다. 양자점이나 나노 구조는 극저온에서만 사용할 수 있는 점에 비해 결정 결점은 상온에서도 높은 안정성을 보여 경제적인 이로움을 보여주었다. 또한 같은 종류의 결점에 대해서도 큐비트를 처리하기 위해 스핀 또는 단일 광자 등 다양한 물리적 현상을 이용할 수 있어 이용 가능성 또한 다른 후보들에 비래 용이한 것으로 나타났다.
허나 현재까지 결정 결점을 이용한 연구는 모두 낮은 분포 밀도와 다른 구조와 집적하기 어려운 점에 비추워 조절이 힘들었다. 이를 바탕으로 본 연구에서는, 고에너지 입자와 고출력 레이저 펄스를 이용하여 고체 상태 물질에서 결점 구조를 위치 결정적 방법으로 생성시키고자 한다. 이를 통해 분포 밀도를 높이고, 추후에 다른 구조와 집적시키기 위한 용이성을 높여 현대의 정보 처리 플랫폼에 적합한 후보군을 만들고자 한다.
