Un equipo de científicos del Laboratorio Nacional de Los Alamos propone que las metasuperficies cuánticas moduladas pueden controlar todas las propiedades de los qubits fotónicos, un gran avance que podría afectar los campos de la información cuántica, comunicaciones, detección e imágenes, así como la recolección de energía e impulso. Los resultados de su estudio fueron publicados ayer en la revista. Cartas de revisión física , publicado por la American Physical Society.

"La gente ha estudiado las metasuperficies clásicas durante mucho tiempo, "dice Diego Dalvit, quien trabaja en el grupo de Materia Condensada y Sistemas Complejos de la División Teórica del Laboratorio. "Pero se nos ocurrió esta nueva idea, que consistía en modular en el tiempo y el espacio las propiedades ópticas de una metasuperficie cuántica que nos permiten manipular, Bajo demanda, todos los grados de libertad de un solo fotón, que es la unidad de luz más elemental ".

Las metauperficies son estructuras ultrafinas que pueden manipular la luz de formas que normalmente no se ven en la naturaleza. En este caso, el equipo desarrolló una metasuperficie que parecía una serie de cruces giradas, que luego pueden manipular con láseres o pulsos eléctricos. Luego propusieron disparar un solo fotón a través de la metasuperficie, donde el fotón se divide en una superposición de muchos colores, caminos, y estados giratorios que están todos entrelazados, generando el llamado entrelazamiento cuántico, lo que significa que el fotón único es capaz de heredar todas estas propiedades diferentes a la vez.

"Cuando la metasuperficie se modula con láser o pulsos eléctricos, se puede controlar la frecuencia del fotón único refractado, alterar su ángulo de trayectoria, la dirección de su campo eléctrico, así como su giro, "dice Abul Azad del Centro de Nanotecnologías Integradas en la División de Física y Aplicaciones de Materiales del Laboratorio.

Al manipular estas propiedades, esta tecnología podría usarse para codificar información en fotones que viajan dentro de una red cuántica, todo desde los bancos, computadoras cuánticas, y entre la Tierra y los satélites. La codificación de fotones es particularmente deseable en el campo de la criptografía porque los "espías" no pueden ver un fotón sin cambiar su física fundamental. que, si se hace, alertaría al remitente y al destinatario de que la información se ha visto comprometida.

Los investigadores también están trabajando en cómo extraer fotones del vacío modulando la metasuperficie cuántica.

“El vacío cuántico no está vacío sino lleno de fotones virtuales fugaces. Con la metasuperficie cuántica modulada, uno es capaz de extraer y convertir de manera eficiente fotones virtuales en pares de fotones reales, "dice Wilton Kort-Kamp, quien trabaja en la División Teórica del grupo de Materia Condensada y Sistemas Complejos del Laboratorio.

Aprovechar los fotones que existen en el vacío y dispararlos en una dirección debería crear propulsión en la dirección opuesta. Similar, agitar el vacío debería crear un movimiento de rotación a partir de los fotones retorcidos. La luz cuántica estructurada podría usarse algún día para generar un empuje mecánico, utilizando solo pequeñas cantidades de energía para impulsar la metasuperficie.