"Люди долгое время изучали классические метаповерхности", - говорит Диего Далвит, который работает в группе конденсированных сред и сложных систем в теоретическом отделе лаборатории. "Но мы пришли к этой новой идее, которая заключалась в модуляции во времени и пространстве оптических свойств квантовой метаповерхности, которые позволяют нам манипулировать по требованию всеми степенями свободы одного фотона, который является самой элементарной единицей света".

Метаповерхности - это ультратонкие структуры, которые могут манипулировать светом способами, обычно не встречающимися в природе. В этом случае команда разработала метаповерхность, которая выглядела как массив повернутых крестов, которыми они затем могут манипулировать с помощью лазеров или электрических импульсов. Затем они предложили запустить одиночный фотон через метаповерхность, где фотон распадается на суперпозицию множества цветов, траекторий и вращающихся состояний, которые все переплетены, создавая так называемую квантовую запутанность - это означает, что один фотон способен наследовать все эти различные свойства одновременно.

"Когда метаповерхность модулируется лазерными или электрическими импульсами, можно управлять частотой преломленного одиночного фотона, изменять угол его траектории, направление его электрического поля, а также его поворот", - говорит Абул Азад из Центра интегрированных нанотехнологий в лаборатории физики материалов и приложений. Подразделение.

Манипулируя этими свойствами, эта технология может быть использована для кодирования информации в фотонах, путешествующих внутри квантовой сети, во всем, начиная от банков, квантовых компьютеров и между Землей и спутниками. Кодирование фотонов особенно желательно в области криптографии, потому что "подслушивающие устройства" не могут просмотреть фотон без изменения его фундаментальной физики, что, если это будет сделано, предупредит отправителя и получателя о том, что информация была скомпрометирована.

Исследователи также работают над тем, как извлекать фотоны из вакуума, модулируя квантовую метаповерхность.

"Квантовый вакуум не пуст, а полон мимолетных виртуальных фотонов. С помощью модулированной квантовой метаповерхности можно эффективно извлекать и преобразовывать виртуальные фотоны в реальные фотонные пары", - говорит Уилтон Корт-Камп, который работает в теоретическом отделе группы конденсированных сред и сложных систем лаборатории.

Использование фотонов, существующих в вакууме, и стрельба ими в одном направлении должны создать движение в противоположном направлении. Аналогично, перемешивание вакуума должно создавать вращательное движение от скрученных фотонов. Затем структурированный квантовый свет можно было бы однажды использовать для создания механической тяги, используя лишь крошечное количество энергии для приведения в движение метаповерхности.