MADRID 16 jun. (EUROPA PRESS) -
Os cientistas demonstraram que é possível criar minúsculas imperfeições na estrutura cristalina do diamante que podem armazenar e transmitir informações usando as regras da física quântica.
Ao colocar cuidadosamente átomos individuais de estanho em cristais de diamante sintético e, em seguida, usar um laser ultrarrápido para ativá-los, uma equipe das universidades de Oxford, Cambridge e Manchester obteve controle preciso sobre onde e como essas características quânticas aparecem.
Esse nível de precisão é vital para a criação de redes quânticas práticas em larga escala, capazes de comunicação ultrassegura e computação quântica distribuída para resolver problemas atualmente insolúveis, de acordo com um comunicado de Oxford.
O professor Jason Smith, do Departamento de Materiais da Universidade de Oxford e coautor do estudo, disse: "Essa descoberta nos dá um controle sem precedentes sobre os centros de cor de vacância de estanho individuais no diamante, um marco crucial para dispositivos quânticos em escala. O que mais me entusiasma é o fato de podermos observar, em tempo real, como os defeitos quânticos se formam.
Especificamente, os defeitos no diamante atuam como interfaces spin-fóton, o que significa que eles podem conectar bits quânticos de informação (armazenados no spin de um elétron) com partículas de luz. Os defeitos de vacância do estanho pertencem a uma família conhecida como centros de cor do Grupo IV, uma classe de defeitos no diamante criada por átomos como silício, germânio ou estanho.
Os centros do Grupo IV há muito tempo são valorizados por seu alto grau de simetria, o que lhes confere propriedades ópticas e de spin estáveis, tornando-os ideais para aplicações de rede quântica. Acredita-se que os centros de vacância de estanho apresentem a melhor combinação dessas propriedades; no entanto, até agora, a colocação e a ativação confiáveis de defeitos individuais têm sido um grande desafio.
Os pesquisadores usaram uma plataforma de feixe de íons focalizados, uma ferramenta que funciona como um aerossol em escala atômica, direcionando cada um dos íons de estanho para posições exatas dentro do diamante. Isso permitiu que eles implantassem os átomos de estanho com precisão nanométrica, muito mais finos do que a espessura de um fio de cabelo humano.
EM TEMPO REAL
Para converter os átomos de estanho implantados em centros de cor de vacância de estanho, a equipe usou pulsos de laser ultrarrápidos em um processo chamado recozimento a laser. Esse processo excita suavemente pequenas regiões do diamante sem danificá-lo. O que tornou essa abordagem única foi a incorporação do feedback espectral em tempo real, que monitora a luz proveniente dos defeitos durante o processo a laser.
Isso permitiu que os cientistas vissem em tempo real quando um defeito quântico era ativado e ajustassem o laser de acordo, oferecendo um nível de controle sem precedentes sobre a criação desses delicados sistemas quânticos.
Essa descoberta tem várias implicações importantes:
- Escalabilidade: a capacidade de ativar centros de cor com um laser permite o posicionamento preciso, essencial para a criação de redes quânticas em grande escala.
- Integração: O processo em temperatura ambiente é compatível com as técnicas existentes de fabricação de semicondutores, facilitando a integração dos cubos de diamante às tecnologias atuais.
- Desempenho: os centros de cores ativados por laser apresentam excelentes propriedades ópticas, incluindo altos graus de coerência óptica e de spin, essenciais para aplicações de computação e comunicação quânticas.
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