Новое квантовое исследование показывает, как можно справиться с квантовым светом

«Люди давно изучают классические метаповерхности, — говорит Диего Далвит, который работает в группе конденсированных сред и сложных систем теоретического отдела лаборатории. «Но мы пришли к новой идее, которая заключалась в том, чтобы модулировать во времени и пространстве оптические свойства квантовой метаповерхности, которые позволяют нам манипулировать по требованию всеми степенями свободы одиночного фотона, который является наиболее элементарной единицей. света.»

Метаповерхности — это ультратонкие структуры, которые могут управлять светом способами, которые обычно не наблюдаются в природе. В этом случае команда разработала метаповерхность, которая выглядела как массив повернутых крестов, которыми они затем могут манипулировать с помощью лазеров или электрических импульсов. Затем они предложили стрелять одиночным фотоном через метаповерхность, где фотон разделяется на суперпозицию многих цветов, путей и состояний вращения, которые все переплетены, создавая так называемую квантовую запутанность, то есть одиночный фотон способен унаследовать все эти разные свойства сразу.

«Когда метаповерхность модулируется лазерными или электрическими импульсами, можно управлять частотой преломленного одиночного фотона, изменять его угол траектории, направление его электрического поля, а также его поворот», — говорит Абул Азад из Центра Комплексные нанотехнологии в Отделе физики материалов и приложений лаборатории.

Управляя этими свойствами, эту технологию можно использовать для кодирования информации в фотонах, перемещающихся внутри квантовой сети, от банков до квантовых компьютеров и между Землей и спутниками. Кодирование фотонов особенно желательно в области криптографии, потому что «подслушивающие» не могут видеть фотон без изменения его фундаментальной физики, что, если бы это было сделано, затем предупредило бы отправителя и получателя о том, что информация была скомпрометирована.

Исследователи также работают над тем, как вытягивать фотоны из вакуума, модулируя квантовую метаповерхность.

Метаповерхность с полностью оптической модуляцией показателя преломления индуцирует квантовую запутанность цветового спина на проходящем одиночном фотоне. Предоставлено: Национальная лаборатория Лос-Аламоса.

«Квантовый вакуум не пуст, а полон мимолетных виртуальных фотонов. С помощью модулированной квантовой метаповерхности можно эффективно извлекать и преобразовывать виртуальные фотоны в реальные пары фотонов », — говорит Уилтон Корт-Камп, работающий в теоретическом отделе группы« Конденсированные вещества и сложные системы ».

Использование фотонов, существующих в вакууме, и их запуск в одном направлении должно создать движение в противоположном направлении. Точно так же перемешивание вакуума должно создавать вращательное движение закрученных фотонов. В один прекрасный день структурированный квантовый свет можно будет использовать для создания механической тяги, используя лишь крошечные количества энергии для управления метаповерхностью.