Cientistas desvendam a magia quântica escondida nos diamantes

Os diamantes são há muito apreciados pelo seu brilho, mas investigadores da Universidade Hebraica de Jerusalém, em colaboração com colegas da Universidade Humboldt, em Berlim, estão a mostrar que conseguem um “espumante” quase óptimo, um requisito fundamental para a utilização de diamantes também para tecnologia quântica. A equipe abordou uma coleção quase perfeita dos sinais de luz mais fracos, fótons únicos, de pequenos defeitos de diamante, conhecidos como centros de vacância de nitrogênio (NV), que são vitais para o desenvolvimento de computadores quânticos, sensores e redes de comunicação de próxima geração.

Os centros NV são imperfeições microscópicas na estrutura do diamante que podem atuar como “interruptores de luz” quânticos. Eles emitem partículas únicas de luz (fótons) que transportam informações quânticas. O problema, até agora, é que grande parte desta luz se perde em todas as direções, dificultando a sua captura e utilização.

A equipe da Universidade Hebraica, juntamente com seus parceiros de pesquisa de Berlim, resolveram esse desafio incorporando nanodiamantes contendo centros NV em nanoantenas híbridas especialmente projetadas. Essas antenas, construídas com camadas de metal e materiais dielétricos em um padrão preciso de alvo, guiam a luz em uma direção bem definida, em vez de deixá-la se espalhar. Usando um posicionamento ultrapreciso, os pesquisadores colocaram os nanodiamantes exatamente no centro da antena – a alguns bilionésimos 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 melhoria dramática em comparação com tentativas anteriores, onde apenas uma pequena fração da luz era utilizável.

O professor Rapaport explicou: “Nossa abordagem nos aproxima muito mais dos dispositivos quânticos práticos. Ao tornar a coleta de fótons mais eficiente, estamos abrindo a porta para tecnologias como comunicação quântica segura e sensores ultrassensíveis.”

Dr. Lubotzky acrescentou: “O que nos entusiasma é que isso funciona em um design simples, baseado em chip e em temperatura ambiente. Isso significa que pode ser integrado em sistemas do mundo real com muito mais facilidade do que antes.”

A pesquisa demonstra não apenas uma engenharia inteligente, mas também o potencial dos diamantes além das joias. Com as tecnologias quânticas correndo em direção a aplicações do mundo real, esse avanço poderá ajudar a preparar o caminho para redes quânticas mais rápidas e confiáveis.