Учёные укротили свет в алмазах с целью прорыва в квантовых технологиях

Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме совместно с коллегами из Университета Гумбольдта в Берлине представили инновационную технологию, которая значительно повышает эффективность улавливания фотонов от дефектов в алмазах. Разработка работает при обычной температуре и фиксирует большую часть светового излучения, испускаемого NV-центрами — дефектами кристаллической решётки алмаза, известными как «азот–вакансия». Благодаря этому открываются новые перспективы для создания квантовых датчиков и систем связи с абсолютной защитой от перехвата данных.


NV-центры обладают уникальными квантовыми свойствами: они легко переходят в состояние суперпозиции, демонстрируют запутанность под воздействием света или микроволнового излучения и могут использоваться как элемент квантовых вычислений или сенсорных систем. До настоящего времени при работе с такими центрами значительная часть света терялась, что снижало эффективность устройств.

Новый подход, представленный в журнале APL Quantum, основан на использовании гибридных наноантенн в форме концентрических кругов, напоминающих мишень. Эти структуры, состоящие из чередующихся слоёв металла и диэлектриков, позволяют встраивать наноалмазы с NV-центрами и направлять до 80 % излучаемых фотонов в нужном направлении. Такая схема работает при комнатной температуре и многократно превосходит по эффективности ранее применявшиеся методы.

Технология объединяет NV-центры с чипами, усиливая и фокусируя свет на наноуровне. Наноантенны выполняют роль микроскопических линз, минимизируя потери энергии и повышая яркость сигнала. Система была проверена в лабораторных условиях, показав стабильную работу без необходимости криогенного охлаждения. Такой подход упрощает производство и интеграцию квантовых устройств с традиционной электроникой, делая их более доступными для массового применения.

Ожидается, что новая методика найдёт применение в нескольких ключевых направлениях. В квантовой связи она поможет создавать надёжные каналы передачи данных на основе запутанных фотонов, а в сенсорике — разрабатывать сверхчувствительные приборы для медицины, навигации и анализа материалов. Кроме того, технология приблизит появление компактных квантовых компьютеров, интегрированных в чипы, что ускорит их развитие и масштабирование.

По словам профессора Кармиэля Рапапорта, проект стал серьёзным шагом к созданию практических квантовых устройств. Его коллега, доктор Йонатан Любецки, отметил, что простота конструкции и работа при комнатной температуре существенно облегчают внедрение таких решений в реальную промышленность. Новая технология не только продвигает фундаментальные исследования, но и формирует коммерческую основу для будущего квантовых разработок.

Читайте также: