Дослідники розробили системи наноалмазних антен, які захоплюють майже все світло від дефектів алмазу, що робить важливий крок до практичних технологій квантового зв’язку та сенсорних датчиків.
Вчені з Єврейського університету в Єрусалимі та Університету Гумбольдта в Берліні відкрили метод захоплення майже всього світла, що випромінюється мікроскопічними дефектами в алмазах, відомими як центри кольору. Їхній підхід полягає в розміщенні наноалмазів у спеціально розроблених гібридних наноантенах з надзвичайною точністю.
Цей метод дозволив команді досягти рекордного збору фотонів за кімнатної температури, що є вирішальною віхою для розвитку квантових технологій, таких як квантові сенсори та безпечний квантовий зв’язок. Дослідження було відзначено як рекомендовану статтю в APL Quantum .
Діаманти завжди захоплювалися своїм блиском, але це дослідження показує, як їхній блиск може служити набагато складнішим цілям. Працюючи разом, команди з Єрусалиму та Берліна зуміли досягти майже ідеальної колекції найслабших сигналів світла — окремих фотонів — що випромінюються центрами азотних вакансій (NV). Ці дефекти в кристалах алмазу відіграють життєво важливу роль у розробці квантових комп’ютерів наступного покоління, надчутливих сенсорів та систем зв’язку, призначених для квантової ери.
Роль центрів невадосфери
NV-центри – це мікроскопічні недосконалості в структурі алмазу, які можуть діяти як квантові «вимикачі світла». Вони випромінюють окремі частинки світла (фотони), що несуть квантову інформацію. Проблема досі полягала в тому, що значна частина цього світла втрачається в усіх напрямках, що ускладнює його захоплення та використання.
Команда Єврейського університету разом зі своїми дослідницькими партнерами з Берліна вирішила цю проблему, вбудувавши наноалмази, що містять NV-центри, у спеціально розроблені гібридні наноантени.
Ці антени, побудовані з шарів металу та діелектричних матеріалів у точній формі «яблучко», спрямовують світло у чітко визначеному напрямку, а не дозволяють йому розсіюватися. Використовуючи надточне позиціонування, дослідники розмістили наноалмази точно в центрі антени — з точністю до кількох мільярдних часток метра.
Рекордні результати
Результати, представлені в APL Quantum , є значними: нова система може збирати до 80% випромінюваних фотонів за кімнатної температури. Це разюче покращення порівняно з попередніми спробами, коли можна було використовувати лише невелику частину світла.
Професор Рапапорт пояснив: «Наш підхід значно наближає нас до практичних квантових пристроїв. Роблячи збір фотонів ефективнішим, ми відкриваємо двері до таких технологій, як безпечний квантовий зв’язок та надчутливі сенсори».
Доктор Любоцький додав: «Нас захоплює те, що це працює в простій конструкції на основі чіпа та за кімнатної температури. Це означає, що його можна інтегрувати в реальні системи набагато легше, ніж раніше».
Дослідження демонструє не лише розумну інженерію, але й потенціал діамантів поза межами ювелірних виробів. З огляду на те що квантові технології швидко знаходять застосування в реальному світі, цей прогрес може допомогти прокласти шлях для швидших і надійніших квантових мереж.
