No campo das tecnologias quânticas, a pesquisa em sensores quânticos baseados em diamante tem se tornado um dos focos centrais. O laboratório da professora Ania Jayich, da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, alcançou um grande progresso na interseção entre ciência dos materiais e física quântica. O grupo utiliza diamantes cultivados em laboratório para explorar sensores quânticos baseados em defeitos projetados artificialmente — conhecidos como qubits de spin — presentes na estrutura do diamante.

A pesquisadora de destaque do laboratório, Lillian Hughes, demonstrou pela primeira vez — em três artigos coassinados com Jayich — que é possível não apenas alinhar e emaranhar qubits individuais em diamantes, mas também organizar e emaranhar conjuntos bidimensionais compostos por muitos defeitos. Essa descoberta possibilita alcançar vantagem quântica metrológica em estado sólido, abrindo caminho para o desenvolvimento da próxima geração de tecnologias quânticas.
Hughes afirmou: “Podemos controlar a densidade e a dimensionalidade dos spins nos centros de vacância de nitrogênio do diamante, formando camadas bidimensionais densamente organizadas e com profundidade limitada.”

Jayich explicou que os defeitos conhecidos como centros NV possuem estados de spin de longa duração, ideais para aplicações em sensores quânticos. Diferentemente dos experimentos anteriores em sistemas de estado sólido, o trabalho de Hughes utilizou conjuntos densos de spins fortemente interativos, cujo comportamento coletivo fornece vantagens quânticas adicionais, melhorando a relação sinal-ruído e a sensibilidade. Jayich destacou ainda que o uso de materiais sólidos, como o diamante, facilita a integração e permite que os sensores fiquem próximos ao sistema de interesse — uma característica promissora para aplicações em biologia e ciências da vida.

Além disso, o laboratório de Jayich também investiga formas de “espremer” a amplitude do ruído para superar o limite quântico padrão e métodos para obter ganhos metrológicos usando o mesmo sistema. Essas pesquisas oferecem novas abordagens para alcançar vantagem quântica prática no campo da detecção.
Jayich observou que o principal desafio atual está relacionado ao controle preciso da posição dos spins, mas a equipe já está estudando maneiras de construir redes organizadas desses spins, o que poderá resolver essa limitação no futuro.