Traditionell werden Photonen (die fundamentalen Teilchen des Lichts) mit Hilfe von voluminösen Geräten manipuliert, insbesondere im Bereich des Quantencomputing. Diese Methoden, obwohl effektiv, stoßen auf erhebliche Grenzen in Bezug auf Größe und Zuverlässigkeit.
Metasurfaces, ultradünne Oberflächen mit nanometergroßen Mustern, erscheinen als elegante Lösung, um diese Hindernisse zu überwinden.
Künstlerische Darstellung von Quantengraphen auf Metasurfaces.
Bildnachweis: Joshua Mornhinweg
Ein Forscherteam von Harvard unter der Leitung von Federico Capasso hat die Effektivität dieser Metasurfaces bei der Erzeugung von Quantenzuständen nachgewiesen. Ihre Arbeit, veröffentlicht in
Science, markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Miniaturisierung von Geräten. Diese Oberflächen ermöglichen Quantenoperationen mit beispielloser Stabilität und Robustheit.
Die Implikationen dieser Forschung gehen über das Quantencomputing hinaus. Metasurfaces könnten auch Anwendungen in der Quantensensorik oder in "Lab-on-a-Chip"-Geräten finden. Diese Technologie verspricht, Quantensysteme zugänglicher und einfacher in praktische Anwendungen zu integrieren.
Was ist eine Metasurface?
Eine Metasurface ist ein künstlich hergestelltes Material, das entwickelt wurde, um elektromagnetische Wellen auf eine Weise zu manipulieren, die natürliche Materialien nicht können. Diese Oberflächen sind mit nanometergroßen Mustern versehen, die das Licht beeinflussen und eine präzise Kontrolle über seine Phase, Amplitude und Polarisation ermöglichen.
Metasurfaces können optische Funktionen mit einer deutlich geringeren Dicke als herkömmliche Linsen realisieren. Dies macht sie besonders attraktiv für Anwendungen, bei denen Miniaturisierung wichtig ist, wie in tragbaren Geräten oder Satelliten.
Im Gegensatz zu traditionellen optischen Systemen erfordern Metasurfaces keine präzise Ausrichtung der Komponenten. Diese Eigenschaft reduziert die Herstellungskosten erheblich und erhöht die Robustheit der Geräte.
Ihre Anwendung im Quantenbereich stellt einen bedeutenden Fortschritt dar und bietet eine neue Möglichkeit, Quantenzustände des Lichts zu erzeugen und zu manipulieren.
Quelle: Science