Ученые выяснили, что метаповерхности — "плоский" аналог на встречающихся на Земле метаматериалов, на поверхности которых определённым образом размещены металлические или диэлектрические частицы могут стать основой для крутых квантовых оптических сетей.
Это значит, что можно будет обойтись без всяких сложных волноводов и других привычных компонентов. Теория графов помогает сделать эти сети более эффективными.
В поисках практичных квантовых компьютеров фотоны, элементарные частицы света, становятся главными носителями информации. Обычно их контролируют с помощью кучи линз, зеркал и других штук. Эти системы сложно масштабировать, потому что в них много деталей. Но можно ли заменить их одной ультратонкой структурой? Исследователи из Гарварда доказали, что это реально.
Они создали тонкие метаматериалы с мельчайшими узорами, которые могут стать альтернативой квантово-оптическим чипам. Их исследование опубликовано на сайте Science и поддержано ВВС США.
Федерико Капассо и его команда доказали, что метаповерхность может создавать запутанные состояния фотонов для квантовых операций. Это большой шаг вперед в решении проблемы масштабирования. Теперь можно минимизировать оптическую систему до одной метаповерхности, которая будет стабильной и надежной.
Эти результаты открывают новые возможности для создания квантовых оптических устройств. Метаповерхности устойчивы к ошибкам, не требуют точной настройки и просты в изготовлении. Они экономичны и обладают низкими оптическими потерями. Это может привести к появлению квантовых компьютеров, сенсоров и лабораторий на чипе.
Создание метаповерхности, способной управлять светом, было сложной задачей. Каждый новый фотон создает новые пути интерференции, что требует дополнительных светоделителей и портов. Исследователи обратились к теории графов, которая использует точки и линии для визуализации связей. Это позволило им предсказать результаты экспериментов с запутанными состояниями фотонов. Раньше теория графов не применялась для проектирования метаповерхностей.
Научный сотрудник Нил Синклер восхищен этим подходом, потому что он эффективно масштабирует оптические квантовые компьютеры и сети. Он также расширяет понимание проектирования метаповерхностей для генерации и управления квантовым светом.
Графовый подход объединяет проектирование метаповерхности и квантовые состояния света, что может приблизить нас к квантовым компьютерам и иным, квантовому интернету и иным, более фантастическим технологиям.