Ερευνητές κατασκεύασαν συστήματα νανοδιαμαντιών-κεραιών που συλλαμβάνουν σχεδόν όλο το φως από ελαττώματα διαμαντιών, ξεκλειδώνοντας ένα σημαντικό βήμα προς πρακτικές τεχνολογίες κβαντικής επικοινωνίας και ανίχνευσης.
Το φως των διαμαντιών
Επιστήμονες από το Εβραϊκό Πανεπιστήμιο της Ιερουσαλήμ και το Πανεπιστήμιο Humboldt στο Βερολίνο ανακάλυψαν μια μέθοδο για να συλλαμβάνουν σχεδόν όλο το φως που εκπέμπεται από μικροσκοπικά ελαττώματα σε διαμάντια, γνωστά ως κέντρα χρώματος. Η προσέγγισή τους περιλαμβάνει την τοποθέτηση νανοδιαμαντιών σε ειδικά σχεδιασμένες υβριδικές νανοκεραίες με εξαιρετική ακρίβεια.
Αυτή η τεχνική επέτρεψε στην ομάδα να επιτύχει ρεκόρ συλλογής φωτονίων σε θερμοκρασία δωματίου, ένα κρίσιμο ορόσημο για την προώθηση κβαντικών τεχνολογιών όπως οι κβαντικοί αισθητήρες και οι ασφαλείς κβαντικές επικοινωνίες. Η έρευνα αναγνωρίστηκε ως Προτεινόμενο Άρθρο στο APL Quantum.
Τα διαμάντια πάντα θαυμάζονταν για τη λαμπρότητά τους, αλλά αυτή η μελέτη δείχνει πώς η λάμψη τους μπορεί να εξυπηρετήσει έναν πολύ πιο προηγμένο σκοπό. Δουλεύοντας μαζί, οι ομάδες από την Ιερουσαλήμ και το Βερολίνο κατάφεραν να επιτύχουν μια σχεδόν τέλεια συλλογή των πιο αμυδρών σημάτων φωτός - μεμονωμένων φωτονίων - που εκπέμπονται από κέντρα κενών αζώτου (NV). Αυτά τα ελαττώματα στους κρυστάλλους διαμαντιών παίζουν ζωτικό ρόλο στην ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών επόμενης γενιάς, υπερευαίσθητων αισθητήρων και συστημάτων επικοινωνίας σχεδιασμένων για την κβαντική εποχή.
Ο Ρόλος των Κέντρων NV
Τα κέντρα NV είναι μικροσκοπικές ατέλειες στη δομή του διαμαντιού που μπορούν να λειτουργήσουν σαν κβαντικοί «διακόπτες φωτός». Εκπέμπουν μεμονωμένα σωματίδια φωτός (φωτόνια) που μεταφέρουν κβαντικές πληροφορίες. Το πρόβλημα, μέχρι τώρα, ήταν ότι μεγάλο μέρος αυτού του φωτός χάνεται προς όλες τις κατευθύνσεις, καθιστώντας δύσκολη τη σύλληψη και τη χρήση του.
Η ομάδα του Εβραϊκού Πανεπιστημίου, μαζί με τους ερευνητικούς εταίρους της από το Βερολίνο, έλυσαν αυτήν την πρόκληση ενσωματώνοντας νανοδιαμάντια που περιέχουν κέντρα NV σε ειδικά σχεδιασμένες υβριδικές νανοκεραίες.
Αυτές οι κεραίες, κατασκευασμένες από στρώματα μετάλλου και διηλεκτρικών υλικών σε ένα ακριβές μοτίβο bullseye, καθοδηγούν το φως σε μια σαφώς καθορισμένη κατεύθυνση αντί να το αφήνουν να διασκορπιστεί. Χρησιμοποιώντας εξαιρετικά ακριβή τοποθέτηση, οι ερευνητές τοποθέτησαν τα νανοδιαμάντια ακριβώς στο κέντρο της κεραίας - μέσα σε λίγα δισεκατομμυριοστά του μέτρου.
Αποτελέσματα που σπάνε ρεκόρ
Παρουσιάζονται στο APL Quantum, τα αποτελέσματα είναι σημαντικά: το νέο σύστημα μπορεί να συλλέξει έως και 80% των εκπεμπόμενων φωτονίων σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτή είναι μια δραματική βελτίωση σε σύγκριση με προηγούμενες προσπάθειες, όπου μόνο ένα μικρό κλάσμα του φωτός ήταν χρησιμοποιήσιμο.
Ο καθηγητής Ράπαπορτ εξήγησε: «Η προσέγγισή μας μας φέρνει πολύ πιο κοντά σε πρακτικές κβαντικές συσκευές. Κάνοντας τη συλλογή φωτονίων πιο αποτελεσματική, ανοίγουμε την πόρτα σε τεχνολογίες όπως η ασφαλής κβαντική επικοινωνία και οι υπερευαίσθητοι αισθητήρες».
Ο Δρ. Λουμπότσκι πρόσθεσε: «Αυτό που μας ενθουσιάζει είναι ότι αυτό λειτουργεί με απλό σχεδιασμό που βασίζεται σε τσιπ και σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να ενσωματωθεί σε συστήματα πραγματικού κόσμου πολύ πιο εύκολα από ό,τι πριν».
Η έρευνα καταδεικνύει όχι μόνο την έξυπνη μηχανική, αλλά και τις δυνατότητες των διαμαντιών πέρα από τα κοσμήματα. Με τις κβαντικές τεχνολογίες να τρέχουν προς εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο, αυτή η πρόοδος θα μπορούσε να βοηθήσει να ανοίξει ο δρόμος για ταχύτερα και πιο αξιόπιστα κβαντικά δίκτυα.
www.worldenergynews.gr
