Un team di scienziati del Los Alamos National Laboratory propone che le metasuperfici quantistiche modulate possano controllare tutte le proprietà dei qubit fotonici, una svolta che potrebbe avere un impatto sui campi dell'informazione quantistica, comunicazioni, rilevamento e imaging, così come la raccolta di energia e slancio. I risultati del loro studio sono stati pubblicati ieri sulla rivista Lettere di revisione fisica , pubblicato dall'American Physical Society.

"Le persone hanno studiato a lungo le metasuperfici classiche, "dice Diego Dalvit, che opera nel gruppo Materia Condensata e Sistemi Complessi presso la Divisione Teorica del Laboratorio. "Ma abbiamo avuto questa nuova idea, che doveva modulare nel tempo e nello spazio le proprietà ottiche di una metasuperficie quantistica che ci permettesse di manipolare, su richiesta, tutti i gradi di libertà di un singolo fotone, che è l'unità di luce più elementare."

Le metasuperfici sono strutture ultrasottili in grado di manipolare la luce in modi che normalmente non si vedono in natura. In questo caso, il team ha sviluppato una metasuperficie che sembrava una serie di croci ruotate, che possono poi manipolare con laser o impulsi elettrici. Hanno quindi proposto di sparare un singolo fotone attraverso la metasuperficie, dove il fotone si divide in una sovrapposizione di molti colori, percorsi, e stati rotanti che sono tutti intrecciati, generando il cosiddetto entanglement quantistico, il che significa che il singolo fotone è in grado di ereditare tutte queste diverse proprietà contemporaneamente.

"Quando la metasuperficie è modulata con laser o impulsi elettrici, si può controllare la frequenza del singolo fotone rifratto, alterare il suo angolo di traiettoria, la direzione del suo campo elettrico, così come la sua svolta, " afferma Abul Azad del Centro per le nanotecnologie integrate presso la divisione di fisica e applicazioni dei materiali del laboratorio.

Manipolando queste proprietà, questa tecnologia potrebbe essere utilizzata per codificare le informazioni nei fotoni che viaggiano all'interno di una rete quantistica, tutto dalle banche, computer quantistici, e tra Terra e satelliti. La codifica dei fotoni è particolarmente desiderabile nel campo della crittografia perché gli "intercettatori" non sono in grado di visualizzare un fotone senza modificarne la fisica fondamentale, che, se fatto, avviserebbe il mittente e il destinatario che le informazioni sono state compromesse.

I ricercatori stanno anche lavorando su come estrarre fotoni dal vuoto modulando la metasuperficie quantistica.

"Il vuoto quantistico non è vuoto ma pieno di fugaci fotoni virtuali. Con la metasuperficie quantistica modulata si è in grado di estrarre e convertire in modo efficiente fotoni virtuali in coppie di fotoni reali, "dice Wilton Kort-Kamp, che lavora nella Divisione Teorica del gruppo Materia Condensata e Sistemi Complessi del Laboratorio.

Sfruttare i fotoni che esistono nel vuoto e spararli in una direzione dovrebbe creare propulsione nella direzione opposta. Allo stesso modo, agitando il vuoto dovrebbe creare un movimento rotatorio dai fotoni attorcigliati. La luce quantistica strutturata potrebbe quindi un giorno essere utilizzata per generare una spinta meccanica, utilizzando solo piccole quantità di energia per guidare la metasuperficie.