Un numero crescente di applicazioni quantistiche emergenti operano utilizzando tecnologie ottiche. In sostanza, i fotoni trasportano informazioni alla velocità della luce e su lunghe distanze, rendendoli buoni candidati per comunicazioni veloci e sicure e per l’informatica quantistica. Molte di queste applicazioni richiedono fotoni identici (indistinguibili). Quando i fotoni non sono identici, possono verificarsi errori nei dati e le tecnologie quantistiche diventano meno affidabili.
Attualmente, le sorgenti di fotoni quantistici vengono regolarmente messe offline per essere testate e regolate utilizzando un interferometro. Ciò richiede il confronto dei fotoni più volte utilizzando diverse configurazioni, un processo che richiede tempo e apparecchiature relativamente ingombranti in grado di adattarsi alle varie disposizioni fisiche.
L'analisi in tempo reale dell'indistinguibilità dei fotoni che può essere condotta all'interno di un dispositivo mentre è in funzione potrebbe migliorare la precisione delle tecnologie quantistiche.
I ricercatori del TMOS, il Centro di eccellenza ARC per i sistemi meta-ottici trasformativi, hanno progettato e dimostrato un nuovo dispositivo che utilizza una metasuperficie ultrasottile per eseguire tutte le misurazioni necessarie in un unico passaggio. L'opera è stata segnalata in Optica .
Il co-autore principale Jihua Zhang afferma:"Questo interferometro multiporta abilitato alla metasuperficie può determinare se le proprietà di una coppia di fotoni sono identiche in un singolo scatto. Non necessita di misurazioni multiple utilizzando ritardi di fase o temporali perché la struttura multiporta consente al dispositivo di funzionare misurazioni contemporaneamente. Ciò consente una caratterizzazione accurata e in tempo reale."
Un vantaggio essenziale è che questo interferometro multiporta è a elemento singolo, il che non solo riduce le dimensioni ma lo rende anche ultrastabile rispetto ai precedenti interferometri multiporta nella configurazione ottica in spazio libero.
L'uso della metaottica riduce ulteriormente le dimensioni, il peso e la potenza del dispositivo, nonché il costo di produzione. L’ottica piatta, come è diventata nota la meta-ottica, è fondamentale per miniaturizzare i sistemi ottici, il che a sua volta porterà alla miniaturizzazione dei dispositivi che utilizziamo quotidianamente. Esso
Il co-autore principale Jinyong Ma afferma:"Abbiamo creato un reticolo di metasuperficie statico e dielettrico senza elementi riconfigurabili. Il reticolo è stato progettato utilizzando l'ottimizzazione della topologia multifattore, che essenzialmente regola il modello della superficie in modo che interagisca con la luce in un modo specifico . Dopo simulazioni, fabbricazione e una calibrazione una tantum riuscite, siamo stati in grado di caratterizzare con successo la somiglianza della modalità spaziale, della polarizzazione e degli spettri dei fotoni."
Il ricercatore capo Andrey Sukhorukov, che guida la ricerca presso l'Università Nazionale Australiana, afferma:"Il successo delle nostre prove sperimentali suggerisce che il lavoro potrebbe essere ulteriormente sviluppato per misurare anche l'indistinguibilità di altre proprietà dei fotoni, come il momento angolare orbitale. Potrebbe sono alla base di elementi ottici ultracompatti ed efficienti dal punto di vista energetico che sarebbero particolarmente adatti per le tecnologie fotoniche quantistiche spaziali portatili e satellitari."
