Ultratenký metapovrch vytváří síť kvantově provázaných fotonů

Vědci ze Sandia National Laboratories a Institutu Maxe Plancka vyvinuli způsob, jak vytvořit síť kvantově provázaných fotonů pomocí mnohem jednoduššího nastavení než obvykle. Klíčem je přesně vzorovaný povrch 100krát tenčí než papír, který by mohl nahradit místnost plnou optických zařízení.

Kvantové zapletení je bizarně znějící jev, kdy se dvě částice mohou tak proplést dohromady, že manipulace s jednou okamžitě ovlivní jejího partnera, bez ohledu na to, jak daleko od sebe mohou být. To tvoří základ pro vznikající technologie, jako jsou kvantové výpočty a kvantové šifrování.

Problém je v tom, že generování provázaných skupin fotonů může být složité a obvykle se to provádí pomocí velkých polí laserů, specializovaných krystalů a dalších optických zařízení. Tým Sandia a Max Planck má ale mnohem jednodušší nastavení – metapovrch.

Tato zařízení fungují jako čočky a manipulují se světlem, které prochází skrz velmi kontrolovaným způsobem. Ale spíše než pomocí jejich křivky a tloušťky byly metapovrchy přesně vyleptány strukturami v nanoměřítku, aby se změnilo světlo podle aktuálního úkolu, včetně zachycení atomů, zachycení jasnějších barev v obrazech a dokonce i vytvoření hologramů. Nejlepší ze všeho je, že metasurfaces dokážou tyto výkony dosáhnout v mnohem menších zařízeních než předchozí technologie.

Craig Fritz

Pro tuto studii měl týmový metapovrch podobu ultratenké skleněné tabule pokryté nanostrukturami vyrobenými z polovodičového materiálu arsenidu galia. Když je laser vyzařován přes metapovrch, některé fotony, které vycházejí na druhé straně, to dělají ve spletených párech. A ne jen jeden pár po druhém, ale celá síť propletených fotonů. To, jak říká tým, obvykle vyžaduje celou laboratoř plnou vybavení.

„Je to docela komplikované a trochu neřešitelné, když toto mnohonásobné zapletení potřebuje více než dva nebo tři páry,“ řekl Igal Brener, vedoucí výzkumník studie. „Tyto nelineární metapovrchy v podstatě dosahují tohoto úkolu v jednom vzorku, když předtím by vyžadovaly neuvěřitelně složité optické nastavení.“

Schopnost vyvolat kvantové zapletení ve skupinách fotonů najednou by mohla mít širokou škálu aplikací pro kvantové počítače, šifrování, komunikaci a optiku. Než se tak stane, tým říká, že je ještě potřeba udělat více práce na zlepšení efektivity metapovrchu.

Výzkum byl publikován v časopise Věda.

Zdroj: Sandia Labs