Anne J. Manning, Harvard John A. Paulson Mühəndislik və Tətbiqi Elmlər Məktəbi tərəfindən

Stefani Baum tərəfindən redaktə edilmişdir , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriMetasurface kvant qrafiklərinin bədii təsviri. Kredit: Joshua Mornhinweg

Praktik kvant kompüterlərinə və şəbəkələrinə doğru yarışda fotonlar – işığın əsas hissəcikləri – otaq temperaturunda sürətli məlumat daşıyıcıları kimi maraqlı imkanlara malikdir.

Fotonlar adətən uzadılmış mikroçiplərdəki dalğa ötürücüləri və ya linzalar, güzgülər və şüa ayırıcılardan qurulmuş həcmli cihazlar vasitəsilə idarə olunur və kvant vəziyyətlərinə uyğunlaşdırılır. Bu optik komponentlərin mürəkkəb şəbəkələri vasitəsilə fotonlar bir-birinə qarışır və bu onlara kvant məlumatını paralel olaraq kodlaşdırmağa və emal etməyə imkan verir . Lakin hər hansı bir mənalı hesablama və ya şəbəkə qurmaq üçün tələb olunan hissələrin çoxluğu və qüsurları səbəbindən bu cür sistemləri genişləndirmək çox çətindir.

Bütün bu optik komponentlər işığı eyni şəkildə idarə edən, lakin daha az hazırlanmış hissələrlə tək, düz, ultra nazik alt dalğa uzunluğunda elementlər sırasına yığıla bilərmi?

Harvard Con A. Paulson Mühəndislik və Tətbiqi Elmlər Məktəbinin (SEAS) optika tədqiqatçıları məhz bunu etdilər. Federico Capasso, Robert L. Wallace, Tətbiqi Fizika Professoru və Elektrik Mühəndisliyi üzrə Baş Elmi İşçi Vinton Hayesin rəhbərlik etdiyi tədqiqat qrupu kvant-optik çiplər üçün ultra nazik təkmilləşdirmələr kimi çıxış etmək üçün xüsusi dizayn edilmiş metasəthlər – nanoölçülü işıq manipulyasiya edən nümunələrlə həkk olunmuş düz cihazlar yaratdı.

Araşdırma Science jurnalında dərc olunub .

Kapasso və komandası göstərdi ki, metasətdə kvant əməliyyatlarını yerinə yetirmək üçün fotonların mürəkkəb, dolaşıq vəziyyətləri yarada bilər – çoxlu müxtəlif komponentləri olan daha böyük optik cihazlarla edilənlər kimi.

Aspirant və birinci müəllif Kerolos MA Yousef, “Ölçeklenebilirlik probleminin həllinə gəldikdə biz böyük bir texnoloji üstünlük təqdim edirik” dedi. “İndi biz bütöv bir optik quruluşu çox sabit və möhkəm olan tək bir metasətəyə miniatürləşdirə bilərik.”Federico Capasso və Kerolos MA Yousef eksperimental quraşdırma ilə. Kredit: Capasso Laboratoriyası / Harvard SEAS

Metasurfaces: Sağlam və genişlənə bilən kvant fotonik prosessorları

Onların nəticələri dalğa ötürücüləri və şüa ayırıcılar və ya hətta genişləndirilmiş optik mikroçiplər kimi adi, çətin miqyaslı komponentlərə deyil, əksinə, bir sıra üstünlüklər təklif edən səhvlərə davamlı metasətmələrə əsaslanan paradiqmanı dəyişdirən optik kvant cihazlarının mümkünlüyünə işarə edir: mürəkkəb uyğunlaşdırma, sadəlik, səmərəlilik və etibarlılıq tələb etməyən dizaynlar. istehsal və aşağı optik itki.

Geniş şəkildə desək, iş otaq temperaturu kvant kompüterlərinə və şəbəkələrinə doğru yol açmaqdan başqa, həmçinin kvant algılamadan faydalana və ya fundamental elm üçün “çip üzərində laboratoriya” imkanları təklif edə bilən metasəth əsaslı kvant optiklərini təcəssüm etdirir.

Parlaqlıq, faza və qütbləşmə kimi xassələri incə idarə edə bilən vahid metasətənin layihələndirilməsi, fotonların sayı və buna görə də qubitlərin sayı artmağa başlayanda yaranan riyazi mürəkkəblik səbəbindən unikal problemlər yaratdı. Hər bir əlavə foton bir çox yeni müdaxilə yollarını təqdim edir ki, bu da adi quraşdırmada sürətlə artan sayda şüa ayırıcıları və çıxış portlarını tələb edir.

Metasurface dizaynı üçün qrafik nəzəriyyəsi

Mürəkkəbliyi nizama salmaq üçün tədqiqatçılar riyaziyyatın əlaqələri və əlaqələri təmsil etmək üçün nöqtə və xətlərdən istifadə edən qrafik nəzəriyyəsi adlanan bölməsinə söykəndilər . Dolaşan foton hallarını çoxlu bağlı xətlər və nöqtələr kimi təmsil etməklə , fotonların bir-birinə necə müdaxilə etdiyini vizual olaraq müəyyən edə və təcrübələrdə onların təsirini proqnozlaşdıra bildilər . Qrafik nəzəriyyə müəyyən növ kvant hesablamalarında və kvant xətalarının korreksiyasında da istifadə olunur , lakin adətən metasəthlər, o cümlədən onların dizaynı və istismarı kontekstində nəzərə alınmır.

Nəticədə ortaya çıxan sənəd, komandası kvant optikası və inteqrasiya olunmuş fotonikada ixtisaslaşan və lazımi təcrübə və avadanlıq təmin edən Marko Loncarın laboratoriyası ilə əməkdaşlıq idi.

“Mən bu yanaşmadan həyəcanlanıram, çünki o, optik kvant kompüterlərini və şəbəkələrini səmərəli şəkildə miqyaslandıra bilər – bu, uzun müddətdir ki, superkeçiricilər və ya atomlar kimi digər platformalarla müqayisədə onların ən böyük problemidir” dedi tədqiqatçı alim Neal Sinclair. “O, həmçinin, xüsusilə kvant işığı yaratmaq və idarə etmək üçün metasətlərin başa düşülməsi, dizaynı və tətbiqi ilə bağlı yeni fikirlər təqdim edir. Qrafik yanaşma ilə, bir şəkildə, metasəth dizaynı və optik kvant vəziyyəti eyni sikkənin iki tərəfinə çevrilir.”

Daha çox məlumat: Kerolos MA Yousef et al, Ümumiləşdirilmiş Hong-Ou-Mandel müdaxiləsi üçün Metasurface kvant qrafikləri, Elm (2025). DOI: 10.1126/science.adw8404

Jurnal məlumatı: Elm 

Harvard John A. Paulson Mühəndislik və Tətbiqi Elmlər Məktəbi tərəfindən təmin edilmişdir