Sensor de Diamante Quântico de Princeton Atinge Sensibilidade 40 Vezes Maior com Emaranhamento de Centros NV

Pesquisadores da Universidade de Princeton anunciaram um avanço substancial no sensoriamento quântico, com o desenvolvimento de um sensor baseado em diamante que alcança uma sensibilidade aproximadamente 40 vezes superior às metodologias anteriores. A inovação, detalhada em um artigo publicado na revista Nature em 26 de novembro de 2025, foca na detecção de fenômenos magnéticos em escala nanométrica que eram, até então, indetectáveis por instrumentos convencionais. Esta técnica aprimorada oferece uma via crucial para a compreensão de materiais complexos, como grafeno e supercondutores, que são fundamentais para o desenvolvimento de tecnologias futuras, incluindo linhas de transmissão sem perdas e sistemas de levitação magnética.

A precisão elevada do sensor baseia-se em defeitos de engenharia próximos à superfície de diamantes cultivados em laboratório, especificamente os centros de vacância de nitrogênio (NV). O avanço metodológico central envolveu o implante de dois centros NV em proximidade extrema, permitindo que interagissem mecanicamente por meio do emaranhamento quântico. Essa interação síncrona dos elétrons emaranhados dos dois átomos de nitrogênio permite ao sensor triangular assinaturas em flutuações de ruído, simplificando a aquisição de dados de forma significativa.

O trabalho foi conduzido por Nathalie de Leon, professora associada em Princeton e autora principal. A investigação teórica teve início com Jared Rovny, que, durante as restrições de laboratório impostas pela pandemia de COVID-19, começou a explorar a detecção de correlações no ruído magnético usando centros NV. Rovny, um dos primeiros bolsistas de pós-doutorado da Iniciativa Quântica de Princeton em 2020, identificou que o emaranhamento criaria uma assinatura única no sistema, contornando problemas técnicos complexos que afetavam a abordagem anterior, explorada em um artigo de 2022 na Science por Rovny, De Leon e Shimon Kolkowitz, que dependia de correlações entre centros não emaranhados.

A criação desses centros duplos foi realizada através da projeção de moléculas de nitrogênio movendo-se a mais de 30.000 pés por segundo contra a superfície do diamante, resultando na inserção de dois átomos de nitrogênio separados por cerca de 10 nanômetros. De Leon observou que o novo método permite uma única medição normal, eliminando as dificuldades inerentes aos métodos de detecção de correlação que exigiam processos mais trabalhosos. A sensibilidade ampliada possibilita a medição de quantidades antes invisíveis na escala entre o nível atômico e o comprimento de onda da luz visível, como a evolução de vórtices magnéticos em materiais supercondutores.

Philip Kim, físico experimental da Universidade de Harvard não envolvido na pesquisa, destacou a importância da metodologia, notando que técnicas anteriores estavam restritas a redes atômicas construídas com precisão, enquanto o novo sensor possibilita a sondagem direta de materiais reais. Kim, conhecido por sua pesquisa em física da matéria condensada e materiais de baixa dimensão, como o grafeno, enfatizou que esta nova abordagem abre um novo campo de exploração para a física de materiais quânticos. O desenvolvimento geral dos métodos de sensoriamento baseados em diamante, que culminou nesta publicação de novembro de 2025, representa uma transição metodológica notável, movendo-se de detecção de correlação complexa para um sistema emaranhado simplificado de medição única, sugerindo um caminho mais prático para a aplicação da tecnologia na física da matéria condensada. O suporte financeiro para o trabalho foi fornecido por entidades como a Fundação Gordon e Betty Moore, a National Science Foundation e o Departamento de Energia dos Estados Unidos.