Pesquisadores japoneses desenvolveram um sistema para produzir diamantes de altíssimo grau de pureza. Seu objetivo é usá-los como componentes para computadores quânticos, graças às suas propriedades particulares. Os diamantes obtidos permitem, em particular, armazenar o equivalente a um bilhão de discos Blu-ray com mais de 5 centímetros de diâmetro.

“ O wafer de diamante recém-desenvolvido tem um diâmetro de 2 polegadas (aproximadamente 55 mm), muito maior que o cristal de 4 mm × 4 mm atualmente disponível ”, diz a Namiki Precision Jewel Co., empresa por trás deste novo material com a Saga University, em um comunicado de imprensa. Essas “fatias” de diamante podem ser usadas como mídia de armazenamento em computadores quânticos.

Um “computador quântico” é baseado, para realizar seus cálculos, nos princípios da mecânica quântica. Esta última é a ciência preocupada com o comportamento da matéria e da luz em um nível microscópico ou atômico. De fato, ao observar a matéria nessa escala, os cientistas descobriram gradualmente que ela se comporta de maneira bastante contra-intuitiva em comparação com a física clássica. É estudando esses comportamentos que novos princípios físicos surgiram. Eles ainda estão sendo explorados até hoje. Uma das aplicações concretas dessa física reside na criação de computadores quânticos.

Um computador típico tem “bits” como base operacional. Eles são a unidade elementar de informação. Um bit pode estar no estado 0 ou 1, e é nesses 0s e 1s que se baseiam todos os códigos mais complexos dos computadores, fazendo os programas. Um computador quântico, por outro lado, usa “qubits”. Estes podem ser, de alguma forma, tanto 0 quanto 1, em uma superposição de estados. Isso é chamado de “princípio da superposição quântica”.

Mais concretamente, o que chamamos de “qubits” são na verdade átomos, que “organizamos” de acordo com vários meios para que interajam entre si e se coloquem nesses estados quânticos necessários ao computador. Diferentes tipos de átomos e diferentes sistemas são usados. Por exemplo, existem “armadilhas magnéticas” para íons positivos. Diamond é outro sistema de armazenamento promissor para qubits, que vem sendo explorado há vários anos.

Diamantes em uma escada

Um defeito específico na estrutura do cristal, conhecido como “centro de vacância de nitrogênio”, ou NV, pode de fato ser usado para armazenar dados na forma de bits quânticos. “ O centro NV consiste em um átomo de nitrogênio e uma vacância correspondente na rede do diamante. Esse centro NV poderia formar uma pequena força magnética e funcionar como uma memória quântica no nível atômico ”, explicam os pesquisadores. No entanto, este sistema enfrenta algumas dificuldades. Na verdade, é o átomo de nitrogênio que o faz funcionar. No entanto, muito nitrogênio no diamante interrompe suas capacidades de armazenamento quântico. Idealmente, portanto, um diamante muito puro deve ser criado, mas grande o suficiente para fornecer “espaço de armazenamento”. No entanto, não é fácil.

De fato, geralmente, os diamantes (não naturais) são feitos cultivando os cristais em uma superfície plana, um substrato. Mas se forem muito grandes, podem quebrar facilmente sob estresse. Desta vez, os pesquisadores aplicaram outro método. Eles não usaram uma superfície plana, mas uma superfície em forma de escada, para distribuir o estresse de maneira diferente e evitar rachaduras.

Conseguiram assim criar um diamante de pouco mais de cinco centímetros, de altíssimo grau de pureza. Deram-lhe o nome de Kenzan Diamond. Segundo eles, em termos de memória, armazenaria o equivalente a um bilhão de discos Blu-ray. Para dar um ponto de comparação, um disco Blu-ray com uma única camada pode conter 25 Gb de dados. A capacidade de armazenamento do diamante representaria, portanto, 25 exabytes, o que, segundo a empresa, “ equivale a todos os dados móveis distribuídos no mundo num dia ”.

Dijamantni vafer 2  - Um diamante de 5 cm capaz de armazenar o equivalente a um bilhão de discos Blu-ray
O wafer de diamante de ultra-alta pureza (55 mm de diâmetro) obtido pelos pesquisadores. No canto inferior esquerdo, um cristal de 4 mm × 4 mm, atualmente disponível, para comparação. © Adamant Namiki Precision Jewel Co.,Ltd

Os cientistas esperam comercializar esse material em 2023 e já trabalham para dobrar seu tamanho – para dez centímetros. Seus resultados serão apresentados em 10 de maio de 2022 na Conferência Internacional sobre Tecnologia de Fabricação de Semicondutores Compostos.

Fonte: Universidade Saga / Trust my science

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