Els metamaterials quàntics apliquen la ciència dels metamaterials i les regles de la mecànica quàntica per controlar la radiació electromagnètica. En sentit ampli, un metamaterial quàntic és un metamaterial en què s'han de tenir en compte certes propietats quàntiques del medi i el comportament del qual es descriu tant per les equacions de Maxwell com per l'equació de Schrödinger. El seu comportament reflecteix l'existència tant d'ones electromagnètiques com d'ones de matèria. Els constituents poden estar a escales nanoscòpiques o microscòpiques, depenent del rang de freqüències (per exemple, òptic o microones).
En un enfocament més estricte, un metamaterial quàntic hauria de demostrar una dinàmica quàntica coherent. Un sistema d'aquest tipus és essencialment un objecte quàntic controlable espacialment estès que permet maneres addicionals de controlar la propagació de les ones electromagnètiques.
Els metamaterials quàntics es poden definir estrictament com a suports òptics que:
Estan compostos d'elements unitaris coherents quàntics amb paràmetres dissenyats; Mostrar estats quàntics controlables d'aquests elements; Mantenir la coherència quàntica durant més temps que el temps de recorregut d'un senyal electromagnètic rellevant.
Recerca La recerca fonamental en metamaterials quàntics crea oportunitats per a noves investigacions en la transició de fase quàntica, noves perspectives sobre la computació quàntica adiabàtica i una via cap a altres aplicacions de tecnologia quàntica. Un sistema d'aquest tipus és essencialment un objecte quàntic controlable estès espacialment que permet maneres addicionals de controlar la propagació d'ones electromagnètiques.
En altres paraules, els metamaterials quàntics incorporen estats coherents quàntics per tal de controlar i manipular la radiació electromagnètica. Amb aquests materials, el processament de la informació quàntica es combina amb la ciència dels metamaterials (materials electromagnètics artificials periòdics). Es pot imaginar que les cel·les unitàries funcionen com a qubits que mantenen la coherència quàntica "el temps suficient perquè el pols electromagnètic la travessi". L'estat quàntic s'aconsegueix a través de les cel·les individuals del material. A mesura que cada cel·la interactua amb el pols electromagnètic que es propaga, tot el sistema conserva la coherència quàntica.
S'estan estudiant diversos tipus de metamaterials. Els nanofils poden utilitzar punts quàntics com a cel·les unitàries o àtoms artificials de l'estructura, disposats com a nanoestructures periòdiques. Aquest material demostra un índex de refracció negatiu i magnetisme efectiu i és fàcil de construir. La longitud d'ona radiada d'interès és molt més gran que el diàmetre constituent. Un altre tipus utilitza cel·les d'àtoms freds disposats periòdicament, aconseguides amb gasos ultrafreds. Es pot demostrar un interval de banda fotònic amb aquesta estructura, juntament amb la sintonització i el control com a sistema quàntic. S'estan investigant activament prototips de metamaterials quàntics basats en dispositius superconductors amb i sense unions Josephson. Recentment s'ha realitzat un prototip de metamaterial quàntic superconductor basat en qubits de flux.
Referències
Categoria:Mecànica quàntica