Діаманти відкривають шлях до квантового інтернету майбутнього

Дослідники з Єрусалиму та Берліна здійснили значний прорив у сфері квантових технологій, створивши нанодіамантові антени, здатні вловлювати майже все світло, яке випромінюють дефекти в кристалах діамантів — так звані NV-центри (центри азотних вакансій).

Чому це важливо

NV-центри в діамантах — це мікроскопічні дефекти, що можуть працювати як квантові “джерела світла”. Вони випромінюють поодинокі фотони, які можна використовувати для зберігання та передавання квантової інформації. Проблема полягала в тому, що значна частина світла губилася, розсіюючись у різних напрямках. Це обмежувало можливість застосування таких систем у квантових комунікаціях, сенсорах та обчисленнях.

Як це вирішили

Вчені вбудували нанодіаманти в гібридні наноантени, виготовлені з металевих і діелектричних матеріалів. Завдяки надточному позиціонуванню — з похибкою у кілька нанометрів — вони змогли розташувати NV-центри саме у фокусі антени. У такій конфігурації антена спрямовує світло у потрібному напрямку, а не дозволяє йому розсіюватися.

Результати

У статті в APL Quantum дослідники повідомляють, що нова система може збирати до 80% фотонів при кімнатній температурі. Це справжній рекорд, адже попередні підходи дозволяли ефективно використовувати лише невелику частину випромінюваного світла.

«Наш підхід набагато наближає нас до практичних квантових пристроїв», — зазначає професор Ронен Рапапорт.
«Нас радує те, що це працює в простій конструкції на основі мікросхеми і при кімнатній температурі», — додає д-р Боаз Луботцький.

Потенціал застосування

• Квантова комунікація — передавання даних з абсолютним захистом від прослуховування.
• Квантові сенсори — надчутливі прилади для вимірювання магнітних і електричних полів, температури та навіть біологічних процесів.
• Квантові обчислення — створення стабільних фотонних інтерфейсів між квантовими процесорами.

Ця розробка доводить, що діаманти можуть бути цінними не лише як коштовності, а й як будівельний матеріал для квантових технологій нового покоління.

Хочете, я поясню простими словами, як виглядає робота такої наноантени — у вигляді короткої аналогії з прожектором і дзеркалом?