Defeitos atômicos em diamantes podem ser usados ​​como memórias quânticas. Os pesquisadores da TU Wien pela primeira vez conseguiram acoplar os defeitos em vários diamantes usando a física quântica.

Os diamantes com falhas mínimas podem desempenhar um papel crucial no futuro da tecnologia quântica. Por algum tempo agora, pesquisadores da TU Wien têm estudado as propriedades quânticas desses diamantes, mas só agora eles conseguiram unir os defeitos específicos em dois desses diamantes um com o outro. Este é um pré-requisito importante para o desenvolvimento de novos aplicativos, como sensores e interruptores altamente sensíveis para computadores quânticos. Os resultados da pesquisa serão agora publicados na revista. Cartas de revisão física .

Em busca de um sistema quântico adequado

"Infelizmente, estados quânticos são muito frágeis e decaem muito rapidamente ", explica Johannes Majer, chefe do grupo de pesquisa quântica híbrida, baseado no Instituto de Física Atômica e Subatômica da TU Wien. Por esta razão, pesquisas aprofundadas estão sendo realizadas com o objetivo de encontrar sistemas quânticos que possam ser usados ​​para aplicações técnicas. Embora existam alguns candidatos promissores com vantagens particulares, até agora não houve nenhum sistema que atendesse a todos os requisitos simultaneamente.

"Diamantes com defeitos muito específicos são um candidato potencial para tornar os computadores quânticos uma realidade", diz Johannes Majer. Um diamante puro é feito exclusivamente de átomos de carbono. Em alguns diamantes, Contudo, pode haver pontos onde há um átomo de nitrogênio em vez de um átomo de carbono e vizinho a este, dentro da estrutura atômica do diamante, há uma anomalia onde não há átomo - isso é conhecido como 'vazio'. Este defeito, consistindo no átomo de nitrogênio e vacância, forma um sistema quântico com um estado muito duradouro, fazer diamantes com essas falhas específicas, ideais para experimentos quânticos.

Tudo depende do acoplamento

Um pré-requisito importante para muitas aplicações tecnológicas quânticas é, de fato, a capacidade de acoplar tais sistemas quânticos, o que até agora dificilmente foi possível para os sistemas de diamante. "A interação entre dois desses defeitos de vacância de nitrogênio é extremamente fraca e tem um alcance de apenas cerca de 10 nanômetros", diz Majer.

Contudo, essa façanha agora foi alcançada; embora com a ajuda de um chip quântico supercondutor que produz radiação de microondas. Já há alguns anos, a equipe da TU Wien tem investigado como os diamantes podem ser manipulados com a ajuda de microondas:"bilhões de defeitos de vacância de nitrogênio em diamantes são acoplados coletivamente a um campo de microondas", diz Majer. "Desta maneira, o estado quântico dos diamantes pode ser manipulado e lido. "

Agora, a equipe conseguiu dar o próximo passo:eles conseguiram acoplar dois diamantes diferentes, um em cada extremidade do chip, produzindo assim uma interação entre os dois diamantes. "Essa interação é mediada pelo ressonador de microondas no chip intermediário; aqui, o ressonador desempenha um papel semelhante ao de um barramento de dados em um computador normal ", diz Johannes Majer.

O acoplamento entre os dois diamantes pode ser ligado e desligado seletivamente:"os dois diamantes são girados um contra o outro em um determinado ângulo", relata Thomas Astner, o autor principal do trabalho atual. "Além disso, um campo magnético é aplicado, com a direção desempenhando um papel decisivo:se ambos os diamantes estiverem alinhados no mesmo ângulo dentro do campo magnético, então, eles podem ser acoplados usando a física quântica. Com outras direções de campo magnético, é possível investigar os diamantes individuais sem acoplamento ". Os primeiros passos do experimento foram dados por Noomi Peterschofsky como parte de sua tese de graduação. Thomas Astner e Stefan Nevlacsil posteriormente conseguiram demonstrar o acoplamento dos diamantes em um experimento como parte de sua dissertação de mestrado.