Uma equipe de cientistas do Laboratório Nacional de Los Alamos propõe que metassuperfícies quânticas moduladas podem controlar todas as propriedades dos qubits fotônicos, um avanço que poderia impactar os campos de informação quântica, comunicações, detecção e imagem, bem como coleta de energia e momentum. Os resultados de seu estudo foram divulgados ontem na revista. Cartas de revisão física , publicado pela American Physical Society.

"As pessoas estudam metassuperfícies clássicas há muito tempo, "diz Diego Dalvit, que atua no grupo de Matéria Condensada e Sistemas Complexos da Divisão Teórica do Laboratório. "Mas nós tivemos essa nova ideia, que era para modular no tempo e no espaço as propriedades ópticas de uma metassuperfície quântica que nos permite manipular, sob demanda, todos os graus de liberdade de um único fóton, que é a unidade de luz mais elementar. "

Metasuperfícies são estruturas ultrafinas que podem manipular a luz de maneiras não comumente vistas na natureza. Nesse caso, a equipe desenvolveu uma metassuperfície que parecia uma série de cruzes giradas, que eles podem então manipular com lasers ou pulsos elétricos. Eles então propuseram disparar um único fóton através da metassuperfície, onde o fóton se divide em uma superposição de muitas cores, caminhos, e estados giratórios que estão todos interligados, gerando o chamado entrelaçamento quântico - o que significa que o único fóton é capaz de herdar todas essas propriedades diferentes de uma vez.

"Quando a metassuperfície é modulada com laser ou pulsos elétricos, pode-se controlar a frequência do único fóton refratado, alterar seu ângulo de trajetória, a direção de seu campo elétrico, assim como sua torção, "diz Abul Azad, do Centro de Nanotecnologias Integradas da Divisão de Física de Materiais e Aplicações do Laboratório.

Ao manipular essas propriedades, esta tecnologia pode ser usada para codificar informações em fótons viajando dentro de uma rede quântica, tudo de bancos, computadores quânticos, e entre a Terra e os satélites. Codificar fótons é particularmente desejável no campo da criptografia porque "bisbilhoteiros" são incapazes de ver um fóton sem alterar sua física fundamental, o que, se feito, alertaria o remetente e o destinatário de que as informações foram comprometidas.

Os pesquisadores também estão trabalhando em como extrair fótons do vácuo modulando a metassuperfície quântica.

"O vácuo quântico não está vazio, mas cheio de fótons virtuais passageiros. Com a metassuperfície quântica modulada, é possível extrair e converter fótons virtuais em pares de fótons reais de maneira eficiente. "diz Wilton Kort-Kamp, que atua na Divisão Teórica do grupo de Matéria Condensada e Sistemas Complexos do Laboratório.

Aproveitar fótons que existem no vácuo e dispará-los em uma direção deve criar propulsão na direção oposta. De forma similar, agitar o vácuo deve criar movimento rotacional dos fótons torcidos. A luz quântica estruturada poderia, então, um dia ser usada para gerar impulso mecânico, usando apenas pequenas quantidades de energia para conduzir a metassuperfície.