Το διαμάντι περνά στην κβαντική εποχή
Για σχεδόν έναν αιώνα, η φράση «ένα διαμάντι είναι για πάντα» όριζε το πολιτισμικό και οικονομικό βάρος αυτής της πολύτιμης πέτρας. Από σύνθημα μάρκετινγκ της De Beers το 1947, εξελίχθηκε σε παγκόσμιο σύμβολο αγάπης, πολυτέλειας και διαχρονικότητας. Σήμερα, όμως, το νόημά της αλλάζει ριζικά. Το διαμάντι απομακρύνεται από τη βιτρίνα της κοσμηματοποιίας και εισέρχεται στο εργαστήριο της λεγόμενης «δεύτερης κβαντικής επανάστασης», μιας τεχνολογικής μετάβασης που φιλοδοξεί να μεταμορφώσει την ιατρική, την πλοήγηση, την ασφάλεια και την πληροφορική.
Η επιστημονική τομή βασίζεται σε μια φαινομενική αντίφαση. Οι ιδιότητες που κατέστησαν το διαμάντι μοναδικό –η ακραία σκληρότητα, η σταθερότητα και η σχεδόν τέλεια κρυσταλλική δομή του– αξιοποιούνται πλέον με έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο. Εισάγοντας ελάχιστες, απολύτως ελεγχόμενες ατέλειες στο πλέγμα των ατόμων άνθρακα, οι ερευνητές μετατρέπουν το διαμάντι σε έναν αισθητήρα εξαιρετικής ευαισθησίας, ικανό να «διαβάζει» κβαντικά φαινόμενα σε υποατομικό επίπεδο.
Η εξέλιξη αυτή εντάσσεται σε μια μακρά ιστορική διαδρομή. Πριν από περίπου έναν αιώνα, ο Βέρνερ Χάιζενμπεργκ έθεσε τα θεμέλια της κβαντικής μηχανικής, μιας θεωρίας που εξηγεί τη συμπεριφορά της ύλης και της ενέργειας σε απειροελάχιστες κλίμακες. Η «πρώτη κβαντική επανάσταση» γέννησε τεχνολογίες που σήμερα θεωρούμε αυτονόητες: ημιαγωγούς, λέιζερ, υπεραγωγούς – τη βάση της σύγχρονης ηλεκτρονικής. Η δεύτερη, όμως, δεν αρκείται στην κατανόηση των νόμων της φύσης· επιδιώκει τον ακριβή έλεγχό τους, ώστε να παραχθούν εντελώς νέες εφαρμογές.
Σε αντίθεση με τους κβαντικούς υπολογιστές, που ακόμη βρίσκονται σε πειραματικό στάδιο και απαιτούν ακραίες συνθήκες λειτουργίας, οι κβαντικοί αισθητήρες είναι πιο κοντά στην αγορά. Και εδώ το διαμάντι εμφανίζεται ως ιδανικός «ξενιστής» των εύθραυστων κβαντικών καταστάσεων. Οι καταστάσεις αυτές καταστρέφονται εύκολα από δονήσεις, μαγνητικά πεδία ή μεταβολές θερμοκρασίας. Το διαμάντι, όμως, χάρη στη σκληρότητά του και στο χαμηλό «θόρυβο» του περιβάλλοντός του, προσφέρει μια εξαιρετικά σταθερή πλατφόρμα – και, κυρίως, λειτουργεί σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.
Η ανακάλυψη των κβαντικών ιδιοτήτων του διαμαντιού έγινε εν μέρει τυχαία, πριν από περίπου 20 χρόνια, όταν ένα φυσικό ροζ διαμάντι από τη Σιβηρία έδειξε ότι μπορούσε να διατηρεί κβαντική κατάσταση χωρίς ψύξη. Το εύρημα αυτό δεν επαναλήφθηκε σε φυσικά κοιτάσματα, αλλά αποτέλεσε την αφετηρία για την ανάπτυξη «κβαντικών διαμαντιών» σε εργαστήριο.
Στην αιχμή αυτής της προσπάθειας βρίσκεται η Element Six, βρετανική εταιρεία συνθετικών διαμαντιών, πλειοψηφικά ελεγχόμενη από τη De Beers. Στις εγκαταστάσεις της, κοντά στην Οξφόρδη, αναπτύσσονται διαμάντια με «κέντρα κενών αζώτου»: μικροσκοπικά ελαττώματα όπου ένα άτομο άνθρακα αντικαθίσταται από άζωτο, αφήνοντας ένα κενό στη δομή. Εκεί εμφανίζονται κβαντικά φαινόμενα που σχετίζονται με το σπιν των ηλεκτρονίων και μεταβάλλονται ανάλογα με εξωτερικά μαγνητικά ή ηλεκτρομαγνητικά πεδία.
Το αποτέλεσμα είναι ένας αισθητήρας εξαιρετικής ακρίβειας – μια «κβαντική πυξίδα» ικανή να ανιχνεύσει ακόμη και το πέρασμα ενός οχήματος σε απόσταση εκατοντάδων μέτρων. Η τεχνολογία έχει πλέον ωριμάσει αρκετά ώστε τέτοια διαμάντια να παράγονται αξιόπιστα και με κόστος που, αν και υψηλό, δεν θεωρείται απαγορευτικό για βιομηχανικές εφαρμογές.
Οι δυνατότητες είναι εντυπωσιακές. Στην αεροπλοΐα, κβαντικοί αισθητήρες θα μπορούσαν να επιτρέψουν πλοήγηση βασισμένη στο μαγνητικό πεδίο της Γης, μειώνοντας την εξάρτηση από το GPS, το οποίο είναι ευάλωτο σε παρεμβολές. Στην ιατρική, υπόσχονται διαγνώσεις χωρίς επαφή και ανίχνευση ιών σε πολύ πρώιμο στάδιο. Μελέτες δείχνουν ότι νανοδιαμάντια κβαντικής τεχνολογίας μπορεί να είναι έως και χίλιες φορές πιο ευαίσθητα από τα σημερινά γρήγορα τεστ. Σε πιο μακρινό ορίζοντα, εξετάζονται ακόμη και διεπαφές εγκεφάλου-μηχανής, ικανές να «μεταφράζουν» νευρωνικά σήματα σε ενέργειες.
Παρά τον ανταγωνισμό από υλικά όπως το γραφένιο ή το πυρίτιο, πολλοί ειδικοί συμφωνούν ότι το διαμάντι διαθέτει ένα κρίσιμο πλεονέκτημα: είναι ανθεκτικό, αξιόπιστο και λειτουργεί χωρίς ακραίες συνθήκες. Έτσι, η πέτρα που επί δεκαετίες συνδέθηκε με την αιώνια αγάπη και τον πλούτο επαναπροσδιορίζεται ως θεμέλιο της τεχνολογίας του αύριο.