Los científicos de la División de Física de la Universidad de Tsukuba utilizaron el efecto cuántico llamado "bloqueo de giro" para mejorar significativamente la resolución al realizar imágenes de radiofrecuencia de defectos de vacancia de nitrógeno en el diamante. Este trabajo puede conducir a un análisis de material más rápido y preciso, así como un camino hacia las computadoras cuánticas prácticas.

Los centros de vacantes de nitrógeno (NV) se han estudiado durante mucho tiempo por su uso potencial en computadoras cuánticas. Un centro NV es un tipo de defecto en la red de un diamante, en el que dos átomos de carbono adyacentes han sido reemplazados por un átomo de nitrógeno y un vacío. Esto deja un electrón desapareado, que se puede detectar mediante ondas de radiofrecuencia, porque su probabilidad de emitir un fotón depende de su estado de giro. Sin embargo, la resolución espacial de la detección de ondas de radio utilizando técnicas de radiofrecuencia convencionales se ha mantenido por debajo de la óptima.

Ahora, Los investigadores de la Universidad de Tsukuba han llevado la resolución al límite empleando una técnica llamada "bloqueo de giro". Los pulsos de microondas se utilizan para poner el espín del electrón en una superposición cuántica de arriba y abajo simultáneamente. Luego, un campo electromagnético impulsor hace que la dirección del giro precese alrededor, como un trompo que se tambalea. El resultado final es un espín de electrones que está protegido del ruido aleatorio pero fuertemente acoplado al equipo de detección. "El bloqueo de giro garantiza una alta precisión y sensibilidad de las imágenes del campo electromagnético, "explica el primer autor, el profesor Shintaro Nomura. Debido a la alta densidad de centros NV en las muestras de diamantes utilizadas, la señal colectiva que producían podía captarse fácilmente con este método. Esto permitió la detección de colecciones de centros NV a escala micrométrica. "La resolución espacial que obtuvimos con imágenes de RF fue mucho mejor que con métodos similares existentes, "El profesor Nomura continúa, "y estaba limitado sólo por la resolución del microscopio óptico que usamos".

El enfoque demostrado en este proyecto se puede aplicar en una amplia variedad de áreas de aplicación, por ejemplo, las caracterizaciones de moléculas polares, polímeros, y proteínas, así como la caracterización de materiales. También se puede utilizar en aplicaciones médicas, por ejemplo, como una nueva forma de realizar magnetocardiografía.