Un número cada vez mayor de aplicaciones cuánticas emergentes funcionan utilizando tecnologías ópticas. Básicamente, los fotones transportan información a la velocidad de la luz y a largas distancias, lo que los convierte en buenos candidatos para comunicaciones rápidas y seguras y computación cuántica. Muchas de estas aplicaciones requieren fotones idénticos (indistinguibles). Cuando los fotones no son idénticos, se pueden producir errores en los datos y las tecnologías cuánticas se vuelven menos fiables.
Actualmente, las fuentes de fotones cuánticos se desconectan periódicamente para probarlas y ajustarlas mediante un interferómetro. Esto requiere comparar fotones varias veces usando diferentes configuraciones, un proceso que lleva mucho tiempo y requiere equipos relativamente voluminosos que puedan adaptarse a las distintas disposiciones físicas.
El análisis en tiempo real de la indistinguibilidad de los fotones que se puede realizar dentro de un dispositivo mientras está en funcionamiento podría mejorar la precisión de las tecnologías cuánticas.
Investigadores de TMOS, el Centro de Excelencia ARC para Sistemas Metaópticos Transformadores, han diseñado y demostrado un nuevo dispositivo que utiliza una metasuperficie ultrafina para realizar todas las mediciones necesarias en una sola pasada. El trabajo fue reportado en Optica .
El coautor principal Jihua Zhang dice:"Este interferómetro multipuerto habilitado para metasuperficie puede determinar si las propiedades de un par de fotones son idénticas en un solo disparo. No necesita mediciones múltiples utilizando retrasos de fase o tiempo porque la estructura multipuerto permite que el dispositivo funcione mediciones simultáneamente. Esto permite una caracterización precisa y en tiempo real."
Una ventaja esencial es que este interferómetro multipuerto es de un solo elemento, lo que no solo reduce el tamaño sino que también lo hace ultraestable en comparación con los interferómetros multipuerto anteriores en la configuración óptica de espacio libre.
El uso de metaóptica disminuye aún más el tamaño, el peso y la potencia del dispositivo, así como el coste de producción. La óptica plana, como se conoce a la metaóptica, es clave para miniaturizar los sistemas ópticos, lo que a su vez conducirá a la miniaturización de los dispositivos que utilizamos día a día. Es
El coautor principal, Jinyong Ma, dice:"Creamos una rejilla de metasuperficie dieléctrica estática sin ningún elemento reconfigurable. La rejilla se diseñó utilizando optimización de topología multifactor, que consiste esencialmente en ajustar el patrón de la superficie para que interactúe con la luz de una manera específica. Después de simulaciones exitosas, fabricación y una calibración única, pudimos caracterizar con éxito la similitud del modo espacial, la polarización y los espectros de los fotones."
El investigador jefe Andrey Sukhorukov, que dirige la investigación de la Universidad Nacional de Australia, dice:"El éxito de nuestras pruebas experimentales sugiere que el trabajo podría desarrollarse aún más para medir también la indistinguibilidad de otras propiedades de los fotones, como el momento angular orbital. Podría sustentan elementos ópticos ultracompactos y de bajo consumo que serían especialmente adecuados para tecnologías fotónicas cuánticas de espacio libre portátiles y basadas en satélites".
