Uma propriedade dos centros NV no diamante é que os estados de seus spins de elétrons podem ser determinados a partir dos fótons que eles emitem. Colocar um sistema desse tipo entre dois espelhos pode melhorar consideravelmente a taxa e o rendimento dos fótons emitidos. Como resultado, as principais condições são atendidas para o uso de centros NV em aplicações de tecnologia quântica. Crédito:Universidade de Basel, Departamento de Física
Cientistas do Departamento de Física da Universidade de Basel e do Instituto Suíço de Nanociência conseguiram melhorar drasticamente a qualidade dos fótons individuais gerados por um sistema quântico. Os cientistas conseguiram colocar em prática uma previsão teórica de 10 anos. Com seu jornal, publicado recentemente em Revisão Física X , eles deram um passo importante em direção a futuras aplicações na tecnologia da informação quântica.
Por vários anos, os cientistas têm trabalhado no uso de spins de elétrons para armazenar e processar informações. Uma abordagem possível é usar um sistema quântico no qual o estado quântico do spin do elétron está ligado ao das partículas de luz emitida (fótons).
Centros de vacância de nitrogênio (centros NV) são considerados uma estrutura comprovada para esta abordagem, permitindo que os spins do elétron sejam lidos e manipulados facilmente. Esses centros NV são defeitos naturais na estrutura cristalina do diamante, sobre os quais os pesquisadores ganharam controle nas últimas décadas.
Melhores fótons são necessários
Os centros NV são particularmente interessantes no campo do processamento de informações quânticas, já que eles emitem fótons individuais que carregam informações sobre o estado do spin do seu elétron. Esses fótons, por sua vez, podem criar emaranhamento quântico entre vários centros NV; esse emaranhamento pode ser estabelecido mesmo em grandes distâncias e, portanto, pode ser usado para transmissão de dados.
Contudo, para aplicações em tecnologia da informação quântica, melhorias significativas serão necessárias na quantidade e principalmente na qualidade dos fótons emitidos, já que até agora apenas uma fração dos fótons pode ser usada para produzir emaranhamento.
Otimização bem-sucedida
O estudante de doutorado Daniel Riedel conseguiu aumentar o rendimento de fótons úteis desses centros NV de 3% para um valor atual de 50%. Além disso, ele conseguiu quase dobrar a taxa de emissão dos fótons.
Riedel conseguiu essas melhorias significativas ao colocar uma peça nanofabricada de diamante, medindo apenas algumas centenas de nanômetros de diâmetro, entre dois pequenos espelhos. Já havia sido descrito teoricamente há 10 anos que a colocação de centros NV dentro de uma cavidade deveria aumentar o rendimento de fótons. Até agora, Contudo, nenhum grupo de pesquisa conseguiu colocar essa teoria em prática.
O artigo surgiu como parte de uma tese de doutorado na Escola de Doutorado do Swiss Nanoscience Institute, que foi criada em 2012. "Superamos um obstáculo importante no caminho em direção à internet quântica, "diz o supervisor Professor Richard Warburton do Departamento de Física da Universidade de Basel.
Professor Patrick Maletinsky, que também supervisionou o trabalho, acrescenta:"A combinação única de experiência no campo da fotônica, estruturas especiais de diamante e nanofabricação aqui em Basel significa que foi possível superar este desafio de 10 anos pela primeira vez. "
