Um número crescente de aplicações quânticas emergentes opera usando tecnologias ópticas. Essencialmente, os fótons transportam informações à velocidade da luz e por longas distâncias, o que os torna bons candidatos para comunicações rápidas e seguras e para computação quântica. Muitas dessas aplicações requerem fótons idênticos (indistinguíveis). Quando os fótons não são idênticos, isso pode levar a erros nos dados e as tecnologias quânticas tornam-se menos confiáveis.



Atualmente, fontes quânticas de fótons são regularmente colocadas off-line para serem testadas e ajustadas usando um interferômetro. Isto requer a comparação de fótons múltiplas vezes usando configurações diferentes, um processo que consome tempo e requer equipamentos relativamente volumosos que podem acomodar os vários arranjos físicos.

A análise em tempo real da indistinguibilidade dos fótons que pode ser conduzida dentro de um dispositivo enquanto ele opera poderia melhorar a precisão das tecnologias quânticas.

Pesquisadores do TMOS, o Centro de Excelência ARC para Sistemas Meta-Ópticos Transformativos, projetaram e demonstraram um novo dispositivo que usa uma metassuperfície ultrafina para fazer todas as medições necessárias em uma única passagem. O trabalho foi relatado na Optica .

O co-autor Jihua Zhang diz:"Este interferômetro multiporta habilitado para metassuperfície pode determinar se as propriedades de um par de fótons são idênticas em um único disparo. Ele não precisa de múltiplas medições usando atrasos de fase ou de tempo porque a estrutura multiporta permite que o dispositivo funcione medições simultaneamente. Isso permite uma caracterização precisa e em tempo real."

Uma vantagem essencial é que este interferômetro multiporta é de elemento único, o que não apenas reduz o tamanho, mas também o torna ultraestável quando comparado com interferômetros multiportas anteriores na configuração óptica de espaço livre.

O uso da metaóptica diminui ainda mais o tamanho, o peso e a potência do dispositivo, bem como o custo de produção. A óptica plana, como se tornou conhecida a metaóptica, é fundamental para a miniaturização dos sistemas ópticos, o que, por sua vez, levará à miniaturização dos dispositivos que usamos no dia a dia. Isto

O co-autor principal, Jinyong Ma, diz:"Criamos uma grade de metassuperfície dielétrica estática sem quaisquer elementos reconfiguráveis. A grade foi projetada usando otimização de topologia multifatorial, que é essencialmente ajustar o padrão de superfície para que ele interaja com a luz de uma maneira específica Após simulações bem-sucedidas, fabricação e calibração única, fomos capazes de caracterizar com sucesso a similaridade do modo espacial, polarização e espectro dos fótons."

O investigador-chefe Andrey Sukhorukov, que lidera a pesquisa da Universidade Nacional Australiana, diz:"O sucesso de nossos testes experimentais sugere que o trabalho poderia ser desenvolvido para medir também a indistinguibilidade de outras propriedades do fóton, como o momento angular orbital. Poderia sustentam elementos ópticos ultracompactos e eficientes em termos de energia que seriam especialmente adequados para tecnologias fotônicas quânticas de espaço livre portáteis e baseadas em satélite."