Technologie kwantowe oparte na diamentach
Modele symulacyjne świata fizycznego są niezbędne do rozwijania wiedzy naukowej i opracowywania technologii. Wciąż jednak wiele kwestii pozostaje niewyjaśnionych. Na pytania te mogłyby odpowiedzieć symulacje, ale te pozostają poza naszymi obecnymi możliwościami technologicznymi. W ramach projektu "Quantum dynamics and entanglement in complex many-body systems" (QUANTUM DEMS) badano bardzo ciekawe rozwiązanie tego problemu — symulatory kwantowe. Przeprowadzone doświadczenia wskazują, że symulatory kwantowe są możliwe do uzyskania. Badacze uczestniczący w projekcie QUANTUM DEMS opracowali rodzaj urządzenia kwantowego przeznaczonego w szczególności do dużych symulacji kwantowych. Mówiąc dokładniej, zbudowano duże sieci atomów o powiązanych ze sobą spinach jąder poprzez chemiczne kontrolowanie powierzchni diamentu. System też można skonstruować w taki sposób, aby symulował różne modele nadpłynnych ciał stałych i magnetyzmu w temperaturach pokojowych. Symulator kwantowy jest inicjowany i kontrolowany przy pomocy tzw. centrów azot-wakancja, które są także wykorzystywane do odczytywania wyników symulacji. Centra azot-wakancja utworzono poprzez usunięcie atomów azotu kilka nanometrów poniżej powierzchni diamentu. Przy pomocy szeroko zakrojonych symulacji Monte Carlo badacze wykazali, że nowy symulator kwantowy może służyć do badania układów wielociałowych. Ponadto, centra azot-wakancja w diamencie polikrystalicznym posłużyły za podstawę do budowy wysoce czułego czujnika kwantowego. Dzięki zwiększonej spójności spinów jąder, czujnik kwantowy może wykonywać pomiary pola magnetycznego i elektrycznego oraz temperatury z rozdzielczością przestrzenną do kilku nanometrów. Przeprowadzone doświadczenie dowiodło, że może być on też stosowany do sondowania pojedynczych elektronów i jąder. Uczestnicy projektu QUANTUM DEMS założyli, że symulatory kwantowe mogą przydać się w badaniu quasi-trójwymiarowych układów kwantowych oraz rożnych złożonych procesów biologicznych i chemicznych. Wraz z czujnikiem kwantowym urządzenie to stanowi dostały przykład wykorzystania wiedzy naukowej do budowy wiodących technologii.