stringtranslate.com

Квантовый метаматериал

Квантовые метаматериалы применяют науку о метаматериалах и правила квантовой механики для управления электромагнитным излучением . В широком смысле квантовый метаматериал — это метаматериал, в котором необходимо учитывать определенные квантовые свойства среды, и поведение которого, таким образом, описывается как уравнениями Максвелла, так и уравнением Шредингера . Его поведение отражает существование как электромагнитных волн , так и волн материи . Составляющие могут находиться в наноскопических или микроскопических масштабах в зависимости от диапазона частот (например, оптического или микроволнового). [1] [2] [3] [4] [5]

В более строгом подходе квантовый метаматериал должен демонстрировать когерентную квантовую динамику. Такая система по сути является пространственно протяженным контролируемым квантовым объектом, который допускает дополнительные способы управления распространением электромагнитных волн. [2] [3] [4] [5] [6]

Квантовые метаматериалы можно узко определить как оптические среды, которые: [7]

Исследовать

Фундаментальные исследования в области квантовых метаматериалов создают возможности для новых исследований в области квантового фазового перехода , новых перспектив адиабатических квантовых вычислений и пути к другим приложениям квантовых технологий . Такая система по сути является пространственно-протяженным контролируемым квантовым объектом, который допускает дополнительные способы управления распространением электромагнитных волн. [6] [7]

Другими словами, квантовые метаматериалы включают квантовые когерентные состояния для управления и манипулирования электромагнитным излучением . С помощью этих материалов квантовая обработка информации сочетается с наукой о метаматериалах (периодических искусственных электромагнитных материалах). Можно представить себе, что элементарные ячейки функционируют как кубиты , которые поддерживают квантовую когерентность «достаточно долго, чтобы электромагнитный импульс прошел». Квантовое состояние достигается через отдельные ячейки материала. Поскольку каждая ячейка взаимодействует с распространяющимся электромагнитным импульсом, вся система сохраняет квантовую когерентность. [6] [7]

Изучаются несколько типов метаматериалов. Нанопровода могут использовать квантовые точки в качестве элементарных ячеек или искусственных атомов структуры, организованных в виде периодических наноструктур . Этот материал демонстрирует отрицательный показатель преломления и эффективный магнетизм и прост в изготовлении. Интересующая излучаемая длина волны намного больше диаметра составляющих. Другой тип использует периодически расположенные ячейки холодных атомов , выполненные с использованием ультрахолодных газов. С помощью этой структуры можно продемонстрировать фотонную запрещенную зону , а также настраиваемость и управление как квантовой системой. [3] Активно исследуются прототипы квантовых метаматериалов, основанные на сверхпроводящих устройствах с [9] [10] и без [11] джозефсоновских переходов . Недавно был реализован прототип сверхпроводящего квантового метаматериала, основанный на потоковых кубитах. [12]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Пламридж, Джонатан; Кларк, Эдмунд; Мюррей, Рэй; Филлипс, Крис (2008). «Эффекты сверхсильной связи с квантовыми метаматериалами». Solid State Communications . 146 (9–10): 406. arXiv : cond-mat/0701775 . Bibcode : 2008SSCom.146..406P. doi : 10.1016/j.ssc.2008.03.027. S2CID  119063144.
  2. ^ ab Рахманов, Александр; Загоскин, Александр; Савельев, Сергей; Нори, Франко (2008). "Квантовые метаматериалы: Электромагнитные волны в линии кубита Джозефсона". Physical Review B. 77 ( 14): 144507. arXiv : 0709.1314 . Bibcode : 2008PhRvB..77n4507R. doi : 10.1103/PhysRevB.77.144507. S2CID  8593352.
  3. ^ abc Felbacq, Didier; Antezza, Mauro (2012). «Квантовые метаматериалы: смелый новый мир». SPIE Newsroom . doi :10.1117/2.1201206.004296. Примечание: DOI связан с полным текстом статьи.
  4. ^ ab Quach, James Q.; Su, Chun-Hsu; Martin, Andrew M.; Greentree, Andrew D.; Hollenberg, Lloyd CL (2011). «Реконфигурируемые квантовые метаматериалы». Optics Express . 19 (12): 11018–33. arXiv : 1009.4867 . Bibcode : 2011OExpr..1911018Q. doi : 10.1364/OE.19.011018. PMID  21716331. S2CID  21069483. Примечание: доступен полный текст статьи — нажмите на заголовок.
  5. ^ ab Zagoskin, AM (2011). Квантовая инженерия: теория и проектирование квантовых когерентных структур . Кембридж: Cambridge University Press . стр. 272–311. ISBN 9780521113694.
  6. ^ abc Forrester, Derek Michael; Kusmartsev, Feodor V. (2016-04-28). "Шепчущие галереи и управление искусственными атомами". Scientific Reports . 6 : 25084. Bibcode :2016NatSR...625084F. doi :10.1038/srep25084. ISSN  2045-2322. PMC 4848508 . PMID  27122353. 
  7. ^ abcd Загоскин, Александр (5 декабря 2011 г.). "Квантовые метаматериалы: концепция и возможные реализации". Париж: META CONFERENCES, META'12 . Получено 2012-08-05 .
  8. ^ Пайл, Дэвид (2012). «Метаматериалы зрелые». Nature Photonics . 6 (7): 419. Bibcode : 2012NaPho...6..419P. doi : 10.1038/nphoton.2012.155. S2CID  123129422.
  9. ^ Астафьев, О.; Загоскин А.М.; Абдумаликов-младший, А.А.; Пашкин Ю.А.; Ямамото, Т.; Иномата, К.; Накамура, Ю.; Цай, Дж. С. (2010). «Резонансная флуоресценция одиночного искусственного атома». Наука . 327 (5967): 840–3. arXiv : 1002.4944 . Бибкод : 2010Sci...327..840A. дои : 10.1126/science.1181918. PMID  20150495. S2CID  206523434.
  10. ^ Хаттер, Карстен; Толен, Эрик А.; Станнигель, Кай; Лидмар, Джек; Хэвиленд, Дэвид Б. (2011). «Линии передачи на переходах Джозефсона как настраиваемые искусственные кристаллы». Physical Review B. 83 ( 1): 014511. arXiv : 0804.2099 . Bibcode : 2011PhRvB..83a4511H. doi : 10.1103/PhysRevB.83.014511. S2CID  18117600.
  11. ^ Савинов, В.; Циатмас, А.; Бакингем, АР; Федотов, ВА; де Гроот, П.А.Дж.; Желудев, НИ (2012). "Flux Exclusion Superconducting Quantum Metamaterial: Towards Quantum-level Switching". Scientific Reports . 2 : 450. Bibcode :2012NatSR...2E.450S. doi :10.1038/srep00450. PMC 3371586 . PMID  22690319. 
  12. ^ Новые технологии Из arXiv 30 сентября 2013 г. (2013-09-30). "Представлен первый в мире квантовый метаматериал | Обзор технологий MIT". Technologyreview.com . Получено 2013-10-07 .{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
    «Наука и техника: Наука: Российские физические объекты — первый в мире квантовый метаматериал». Лента.ру . Проверено 7 октября 2013 г.
    Маха, Паскаль; Ольснер, Грегор; Райнер, Ян-Михаэль; Марталер, Михаэль; Андре, Стефан; Шён, Герд; Хюбнер, Уве; Мейер, Ханс-Георг; Ильичев, Евгений; Устинов, Алексей В. (2014). "Реализация квантового метаматериала". Nature Communications . 5 : 5146. arXiv : 1309.5268 . Bibcode :2014NatCo...5.5146M. doi :10.1038/ncomms6146. PMID  25312205. S2CID  7835759.

Внешние ссылки