'Tecnologias quânticas' utilizam fenômenos únicos de superposição quântica e emaranhamento para codificar e processar informações, com benefícios potencialmente profundos para uma ampla gama de tecnologias da informação, desde comunicações a detecção e computação.

No entanto, um grande desafio no desenvolvimento dessas tecnologias é que os fenômenos quânticos são muito frágeis, e apenas um punhado de sistemas físicos foram identificados nos quais sobrevivem por tempo suficiente e são suficientemente controláveis ​​para serem úteis. Defeitos atômicos em materiais como o diamante são um desses sistemas, mas a falta de técnicas para fabricar e projetar defeitos de cristal em escala atômica limitou o progresso até agora.

Uma equipe de cientistas demonstra, em um artigo publicado em Optica , o sucesso do novo método para criar defeitos específicos em diamantes, conhecidos como centros de cores com vacância de nitrogênio (NV). Estes compreendem uma impureza de nitrogênio na rede de diamante (carbono) localizada adjacente a um sítio de rede vazio ou vazio. Os centros NV são criados focalizando uma sequência de pulsos de laser ultrarrápidos no diamante, o primeiro deles tem uma energia alta o suficiente para gerar vagas no centro do foco do laser, com pulsos subsequentes em uma energia mais baixa para mobilizar os espaços vazios até que um deles se ligue a uma impureza de nitrogênio e forme o complexo necessário.

A nova pesquisa foi realizada por uma equipe liderada pelo Prof Jason Smith no Departamento de Materiais, Universidade de Oxford, e Dr. Patrick Salter e Prof Martin Booth no Departamento de Ciências da Engenharia, Universidade de Oxford, em colaboração com colegas da Universidade de Warwick. Ocorreu dentro do programa de pesquisa do NQIT, o Quantum Computing Technology Hub do UK Quantum Technologies Program, com o apoio da DeBeers UK que forneceu a amostra de diamante.

O novo método dos cientistas envolve um monitor de fluorescência sensível sendo empregado para detectar a luz emitida da região focal, para que o processo possa ser controlado ativamente em resposta ao sinal observado. Combinando controle local e feedback, o novo método facilita a produção de matrizes de centros NV únicos com exatamente um centro de cor em cada local - um recurso chave na construção de tecnologias escalonáveis. Também permite o posicionamento preciso dos defeitos, importante para a engenharia de dispositivos integrados. O rápido processo de uma única etapa é facilmente automatizado com cada centro NV levando apenas alguns segundos para criar.

O professor Martin Booth diz:'Os centros de cor em diamante oferecem uma plataforma muito interessante para o desenvolvimento de tecnologias quânticas compactas e robustas, e esse novo processo é uma virada de jogo em potencial na engenharia dos materiais necessários. Ainda há mais trabalho a fazer para otimizar o processo, mas espero que esta etapa ajude a acelerar a entrega dessas tecnologias. '

Os cientistas acreditam que este método pode, em última análise, ser usado para fabricar chips de diamante centimétricos contendo 100, 000 ou mais centros NV como uma rota para o 'Santo Graal' das tecnologias quânticas, um computador quântico tolerante a falhas universal.

O professor Jason Smith diz:'Os primeiros computadores quânticos estão começando a surgir, mas essas máquinas, impressionantes como são, apenas arranhe a superfície do que pode ser alcançado e as plataformas em uso podem não ser suficientemente escaláveis ​​para realizar todo o poder que a computação quântica tem a oferecer. Os centros de cores de diamante podem fornecer uma solução para este problema ao empacotar altas densidades de qubits em um chip de estado sólido, que poderiam ser emaranhados uns com os outros usando métodos ópticos para formar o coração de um computador quântico. A capacidade de gravar centros NV em diamante com um alto grau de controle é um primeiro passo essencial para esses e outros dispositivos. '