Investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalem y la Universidad Humboldt de Berlín han desarrollado una forma de capturar casi toda la luz emitida por pequeños defectos de diamante conocidos como centros de color.
Los diamantes han sido apreciados durante mucho tiempo por su brillo, pero los investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalem, en colaboración con colegas de la Universidad Humboldt de Berlín, están demostrando que logran un “brillo” casi óptimo, un requisito clave para el uso de diamantes también para la tecnología cuántica.
El equipo se ha acercado a una recolección casi perfecta de las señales de luz más débiles, fotones individuales, de pequeños defectos de diamante, conocidos como centros de vacante de nitrógeno (NV), que son vitales para desarrollar computadoras cuánticas, sensores y redes de comunicación de próxima generación.
Los centros NV son imperfecciones microscópicas en la estructura del diamante que pueden actuar como “interruptores de luz” cuánticos. Emiten partículas individuales de luz (fotones) que transportan información cuántica. El problema, hasta ahora, ha sido que gran parte de esta luz se pierde en todas las direcciones, lo que dificulta su captura y uso.
El equipo de la Universidad Hebrea, junto con sus socios de investigación de Berlín, resolvió este desafío incrustando nanodiamantes que contienen centros NV en nanoantenas híbridas especialmente diseñadas. Estas antenas, construidas a partir de capas de metal y materiales dieléctricos en un patrón preciso de diana, guían la luz en una dirección bien definida en lugar de dejar que se disperse. Usando un posicionamiento ultrapreciso, los investigadores colocaron los nanodiamantes exactamente en el centro de la antena, a unas pocas milmillonésimas de metro.
En APL Quantum, los resultados son significativos: el nuevo sistema puede recoger hasta el 80% de los fotones emitidos a temperatura ambiente. Esta es una mejora dramática en comparación con los intentos anteriores, donde solo se podía usar una pequeña fracción de la luz.
El profesor Ronen Rapaport explicó: “Nuestro enfoque nos acerca mucho más a los dispositivos cuánticos prácticos. Al hacer que la recolección de fotones sea más eficiente, estamos abriendo la puerta a tecnologías como la comunicación cuántica segura y los sensores ultrasensibles”.
El Dr. Boaz Lubotzky agregó: “Lo que nos entusiasma es que esto funciona en un diseño simple, basado en chips y a temperatura ambiente. Eso significa que se puede integrar en sistemas del mundo real mucho más fácilmente que antes”.
La investigación demuestra no solo la ingeniería inteligente, sino también el potencial de los diamantes más allá de la joyería. Con las tecnologías cuánticas compitiendo hacia aplicaciones en el mundo real, este avance podría ayudar a allanar el camino para redes cuánticas más rápidas y confiables.
El documento de investigación titulado “Approaching Unity Photon Collection from NV Centers via Ultra-Precise Positioning of Nanodiamonds in Hybrid Nanoantennas”, ya está disponible en APL Quantum.
Investigadores:
Boaz Lubotzky1, Hamza Abudayyeh1, Niko Nikolay2, Oliver Benson2, Ronen Rapaport1.
Instituciones:
1) Instituto de Física Racah, Universidad Hebrea de Jerusalem.
2) AG Nanooptik, Humboldt Universität zu Berlin.
