科学家揭开钻石中隐藏的量子奥秘

长期以来，钻石因其璀璨光芒备受珍视，但耶路撒冷希伯来大学的研究人员与柏林洪堡大学的同事合作发现，钻石还能实现近乎理想的“发光”效果，这是将其应用于量子技术的关键要求。该团队几乎完美地收集到了微小钻石缺陷（即氮-空位中心，NV中心）发出的微弱光信号——单光子，而NV中心对开发下一代量子计算机、传感器和通信网络至关重要。

NV中心是钻石结构中的微观缺陷，可充当量子“光开关”。它们会发射携带量子信息的单个光粒子（光子）。此前的问题在于，大部分光会向各个方向散射损失，难以捕获和利用。

希伯来大学团队与柏林的研究伙伴通过将含有NV中心的纳米钻石嵌入特制的混合纳米天线中，解决了这一挑战。这些天线由金属和介电材料层按精确的靶心图案构建，能将光导向明确的方向，而非任其散射。研究人员利用超高精度定位，将纳米钻石精确放置在天线中心——误差仅为几纳米。

这项研究成果发表在《APL量子》期刊上，意义重大：新系统在室温下可收集高达80%的发射光子。与以往尝试相比，这是巨大的进步，此前仅有一小部分光可被利用。

拉帕波特教授解释道：“我们的方法使我们更接近实用的量子设备。通过提高光子收集效率，我们为安全量子通信和超灵敏传感器等技术打开了大门。”

卢博茨基博士补充说：“令我们兴奋的是，它在简单的芯片式设计中就能工作，且在室温下运行。这意味着它比以往更容易集成到现实世界的系统中。”

这项研究不仅展示了巧妙的工程设计，也彰显了钻石在珠宝之外的潜力。随着量子技术正朝着现实应用快速发展，这一进展可能有助于为更快、更可靠的量子网络铺平道路。