Físicos extraem fótons de anel de diamante
Físicos
nos EUA são o primeiro a fazer um dispositivo integrado que extrai os fótons de
um pequeno pedaço de diamante antes que a luz seja enviada através de um guia
de ondas para o mundo exterior. Todos os fótons têm a mesma freqüência e são originárias de
uma vaga de azoto (NV), que é um defeito que ocorre no diamante, quando dois
átomos de carbono vizinhos são substituídos por um átomo de azoto e um local de
treliça vazio. De acordo com os pesquisadores, o chip
pode ser usado para criar informação quântica da tecnologia, tais como
repetidores quânticos.
Para
qualquer um que tenta construir um computador quântico NVs são úteis, porque
eles têm um spin eletrônico que é extremamente bem isolado da rede circundante
- isso, se um NV é colocado em um estado de spin certo, então ele irá
permanecer nesse estado por muito tempo, mesmo em temperatura ambiente. Uma NV também pode emitir apenas um fóton único se animado por um laser
de comprimento de onda certa. Tomadas em conjunto, estas propriedades
significa que NVs permitem que os dados sejam armazenados por longos períodos
de um defeito, antes de ser lido como um único fóton.
Os
investigadores estão particularmente interessados em extrair fótons que não interagem
com a estrutura circundante, porque esta "linha phonon zero" (ZPL) fótons
têm uma freqüência bem definida. Infelizmente, um desafio em sistemas de edifício
quantum NV- baseado é confiável obter fótons ZPL fora do diamante e a um
sistema óptico integrado, em que ele pode ser processado adicionalmente. O que Andrei Faraon e colegas do Caltech, Hewlett Packard e da
Universidade de Washington conseguiram fazer é criar um sistema integrado de
ótica que faz exatamente isso.
Frequências correspondentes
No
centro do seu dispositivo há um anel de diamante com apenas 4,5 m de diâmetro e
contém centros NV. O anel fica ao lado de uma guia de onda
que é de cerca de 10 m de comprimento (ver figura). O dispositivo é arrefecido a menos de 10K e o anel é digitalizado com um
laser verde até um centro de NV com uma freqüência ressonante perto onde o anel
está localizado. A equipe, então, introduz um gás nobre
no criostato e alguns dos que condensa no anel - alterando sua freqüência de
ressonância. Mais gás é adicionado até que as
freqüências do centro NV e o anel correspondam exatamente.
Os
fótons ZPL são criados por disparar o laser verde no centro NV. Os primeiros
fótons circulares em torno do anel antes de saltar para o guia de onda. Eles então viajam para qualquer extremidade do guia de ondas, em que uma
rede de difração dispersa para fora do dispositivo, onde podem ser observado
com um microscópio ligado a um espectrômetro e um fotodetector.
Os
pesquisadores descobriram que eles coletaram cerca de 25 vezes mais fótons ZPL
a partir destes dispositivos que foram coletados a partir de centros NV em
amostras semelhantes de diamante que não faziam parte de dispositivos
integrados.
Faraon
vê este trabalho como um passo importante para a criação de circuitos
integrados, nos quais os fótons ZPL carregam informação quântica de um centro
NV para outro. "Nós demonstramos que os fótons -
as operadoras de informação - a partir de um único centro NV podem ser acoplados
a um ressonador óptico e posteriormente acoplados a um guia de ondas
fotônico", diz ele. "Esperamos que vários dispositivos deste tipo sejam
interligados em uma rede em um chip fotônico".
O
que Faraon e colegas querem fazer agora é desenvolver dispositivos que incluem
mais de um centro NV e mostrar que fótons emitidos por dois NVs podem ser feitos
para interferir - um pré-requisito para enredar centros NV. Uma vez que o emaranhamento foi alcançado, os dispositivos podem ser
utilizados como repetidores quânticos, que absorvem e reemitem fótons
emaranhados sem perturbar o estado entrelaçado - algo que é necessário, se a
informação quântica é para ser transmitido ao longo de grandes distâncias. Faraon disse physicsworld.com que seus colegas da Hewlett Packard estão agora trabalhando em centros
de enredar NV no mesmo chip.
