Los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado una nueva técnica para crear nanodiamantes de un solo cristal dopados con NV, de solo cuatro a ocho nanómetros de ancho, que podrían servir como componentes en tecnologías de computación cuántica a temperatura ambiente. Estos nanodiamantes dopados también son prometedores parauso en sensores de fotón único y biomarcadores fluorescentes no tóxicos.
Actualmente, las computadoras usan lógica binaria, en la que cada unidad binaria, o bit, está en uno de dos estados: 1 o 0. La computación cuántica utiliza superposición y entrelazamiento, lo que permite la creación de bits cuánticos, o qubits- que puede tener una gran cantidad de estados posibles. La computación cuántica tiene el potencial de aumentar significativamente la potencia y la velocidad de la computación.
Se han explorado varias opciones para crear sistemas de computación cuántica, incluido el uso de diamantes que tienen centros de "vacantes de nitrógeno". Ahí es donde entra esta investigación.
Normalmente, el diamante tiene una estructura cristalina muy específica, que consiste en repetidos tetraedros de diamante, o cubos. Cada cubo contiene cinco átomos de carbono. El equipo de investigación de NC State ha desarrollado una nueva técnica para crear tetraedros de diamante que tienen dos átomos de carbono; una vacante, donde falta un átomo; un átomo de carbono 13 un isótopo de carbono estable que tiene seis protones y siete neutrones; y un átomo de nitrógeno. Esto se llama centro NV. Cada nanodiamante dopado con NV contiene miles de átomos, pero tienesolo un centro NV; el resto de los tetraedros en el nanodiamante están hechos únicamente de carbono.
Es una distinción atómicamente pequeña, pero hace una gran diferencia.
"Ese pequeño punto, el centro de NV, convierte el nanodiamante en un qubit", dice Jay Narayan, Profesor Distinguido John C. Fan, Profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales en NC State y autor principal de un artículo que describe el trabajo ".Cada centro NV tiene dos transiciones: NV0 y NV-. Podemos ir y venir entre estos dos estados usando corriente eléctrica o láser. Estos nanodiamantes podrían servir como los bloques de construcción básicos de una computadora cuántica ".
Para crear estos nanodiamantes dopados con NV, los investigadores comienzan con un sustrato, como el zafiro, el vidrio o un polímero de plástico. El sustrato luego se recubre con carbono amorfo, carbono elemental que, a diferencia del grafito o el diamante, notienen una estructura cristalina regular y bien definida. Al depositar la película de carbono amorfo, los investigadores la bombardean con iones de nitrógeno e iones de carbono 13. El carbono es golpeado con un pulso láser que eleva la temperatura del carbono a aproximadamente 4,000Kelvin o alrededor de 3,727 grados Celsius y luego se apaga rápidamente. La operación se completa dentro de una millonésima de segundo y tiene lugar en una atmósfera, la misma presión que el aire circundante. Al usar diferentes sustratos y cambiar la duración delpulso láser, los investigadores pueden controlar qué tan rápido se enfría el carbono, lo que les permite crear las estructuras de nanodiamantes.
"Nuestro enfoque reduce las impurezas; controla el tamaño del nanodiamante dopado con NV; nos permite colocar los nanodiamantes con bastante precisión; e incorpora directamente carbono 13 en el material, lo cual es necesario para crear el enredo requerido encomputación cuántica ", dice Narayan." Todos los nanodiamantes están exactamente alineados a través del paradigma de la epitaxia de coincidencia de dominios, que es un avance significativo sobre las técnicas existentes para crear nanodiamantes dopados con NV ".
"La nueva técnica no solo ofrece un control y uniformidad sin precedentes en los nanodiamantes dopados con NV, sino que también es menos costosa que las técnicas existentes", dice Narayan. "Con suerte, esto permitirá avances significativos en el campo de la computación cuántica".
Los investigadores están hablando actualmente con grupos del sector privado y del gobierno sobre cómo avanzar. Un área de interés es desarrollar un medio para crear sistemas de autoensamblaje que incorporen nanodiamantes enredados NV-dopados para la computación cuántica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :