Cientistas domam luz em diamantes para avanço na tecnologia quântica

Cientistas alcançaram um avanço significativo no desenvolvimento de um método para capturar fótons de defeitos em diamantes. O método apresentado detecta a grande maioria dos fótons emitidos por centros de nanotecnologia (NV) de diamantes à temperatura ambiente, abrindo caminho para uma nova geração de sensores quânticos e comunicações quânticas totalmente seguras.

Fonte da imagem: AI generation Grok 3/avalanche noticias

O desenvolvimento foi apresentado por cientistas da Universidade Hebraica de Jerusalém em colaboração com a Universidade Humboldt, em Berlim. Eles trabalharam com os chamados centros NV (centros de vacância de nitrogênio). Esses são defeitos na estrutura cristalina do diamante que podem atuar como qubits ou sensores quânticos. Esses centros são facilmente induzidos a um estado de superposição e exibem emaranhamento quando expostos à luz ou à radiação de micro-ondas. Portanto, os centros NV podem ser usados ​​tanto para computação quântica quanto para sensores ultrassensíveis.

Quando expostos a esses defeitos em diamantes, uma parcela significativa da luz é tipicamente espalhada, reduzindo a eficiência dos sistemas. Uma nova abordagem, descrita na revista APL Quantum, utiliza nanoantenas híbridas em forma de alvo, compostas por camadas metálicas e dielétricas incorporadas com nanodiamantes contendo centros NV. Isso permite o direcionamento de até 80% dos fótons à temperatura ambiente, superando significativamente os métodos anteriores.

A essência técnica da inovação reside na integração de centros de infravermelho próximo em chips, amplificando e focalizando simultaneamente a radiação. As nanoantenas atuam como lentes ópticas em nanoescala, minimizando a perda de luz e aumentando o brilho do sinal. Os pesquisadores testaram o sistema em laboratório, confirmando sua funcionalidade em chips simples. Este projeto não requer resfriamento criogênico, simplificando a produção e a integração com sistemas eletrônicos existentes, tornando as tecnologias quânticas mais acessíveis ao mercado de massa.Aplicações.

As aplicações potenciais desta nova tecnologia são vastas. Em comunicações quânticas, ela permitirá a criação de canais seguros de transmissão de dados usando fótons entrelaçados. Sensores ultrassensíveis baseados em centros de nanotecnologia (NV) encontrarão aplicação na medicina para imagens celulares, na navegação para posicionamento preciso sem GPS e na ciência dos materiais para analisar as propriedades das substâncias. Além disso, acelerará o desenvolvimento de computadores quânticos, tornando-os menores (literalmente em chips) e mais rápidos, com capacidade de escala.

O professor Carmiel Rapaport, da Universidade Hebraica, enfatizou: “Isso nos aproxima de dispositivos quânticos práticos”. O Dr. Yonatan Lubotzky acrescentou que está impressionado com a simplicidade do design baseado em chip e sua operação em temperatura ambiente, o que facilita a integração em sistemas reais. Esta descoberta não apenas avança a ciência fundamental, mas também abre perspectivas comerciais, potencialmente revolucionando indústrias dependentes de desenvolvimentos quânticos.