Pesquisadores da Universidade Hebraica de Jerusalém e da Universidade Humboldt de Berlim desenvolveram um método para capturar quase toda a luz emitida por pequenos defeitos em diamantes, chamados centros de cor. Ao colocar nanodiamantes em nanoantenas híbridas especialmente projetadas com precisão extremamente alta, a equipe alcançou uma coleta recorde de fótons à temperatura ambiente – um passo necessário para tecnologias quânticas, como sensores quânticos e comunicações quânticas seguras. Este artigo foi selecionado como artigo de destaque APL Quantum.
Os diamantes são há muito valorizados pelo seu brilho, mas investigadores da Universidade Hebraica de Jerusalém, trabalhando com colegas da Universidade Humboldt em Berlim, demonstraram que os diamantes atingem um “brilho” quase ideal, um requisito fundamental para a utilização de diamantes em tecnologias quânticas. A equipe conseguiu uma coleta quase perfeita dos sinais de luz mais fracos (fótons únicos) de pequenos defeitos de diamante chamados centros de vacância de nitrogênio (NV), que serão críticos para o desenvolvimento da próxima geração de computadores quânticos, sensores e redes de comunicações.
Os centros NV são defeitos microscópicos na estrutura do diamante que atuam como “interruptores ópticos” quânticos. Eles emitem partículas de luz individuais (fótons) que transportam informações quânticas. O problema até agora é que a maior parte da luz se perde em todas as direções, dificultando a captura e o uso.
Juntamente com parceiros de investigação em Berlim, a equipa da Universidade Hebraica resolveu este desafio incorporando nanodiamantes contendo centros NV numa nanoantena híbrida especialmente concebida. Feitas de múltiplas camadas de metal e materiais dielétricos, essas antenas apresentam um padrão preciso em forma de alvo que direciona a luz em uma direção clara, em vez de deixá-la se espalhar. Usando um posicionamento ultrapreciso, os pesquisadores colocaram os nanodiamantes precisamente no centro da antena – dentro de um bilionésimo de metro.
Apresentado em APL Quantumos resultados são significativos: o novo sistema pode coletar até 80% dos fótons emitidos à temperatura ambiente. Esta é uma grande melhoria em relação às tentativas anteriores, que tinham apenas uma fração da luz disponível.
O professor Rappaport explica:”Nosso método nos aproxima de dispositivos quânticos práticos. Ao aumentar a eficiência da coleta de fótons, abrimos a porta para tecnologias como comunicações quânticas seguras e sensores ultrassensíveis.”
Lubotzky acrescentou: “Estamos entusiasmados por poder funcionar em um design simples baseado em chip e em temperatura ambiente. Isso significa que pode ser integrado a sistemas do mundo real com mais facilidade do que antes.”
A pesquisa não apenas demonstra uma engenharia engenhosa, mas também demonstra o potencial dos diamantes para transcender as joias. À medida que as tecnologias quânticas avançam em direção a aplicações do mundo real, esse avanço poderá ajudar a preparar o caminho para redes quânticas mais rápidas e confiáveis.
