Ett ökande antal framväxande kvanttillämpningar använder optisk teknologi. I huvudsak bär fotoner information med ljusets hastighet och över långa avstånd, vilket gör dem till goda kandidater för snabb och säker kommunikation och kvantberäkning. Många av dessa applikationer kräver fotoner som är identiska (oskiljbara). När fotonerna inte är identiska kan det leda till fel i data och kvantteknologier blir mindre tillförlitliga.
För närvarande tas kvantfotonkällor regelbundet offline för att testas och justeras med hjälp av en interferometer. Detta kräver att fotoner jämförs flera gånger med olika konfigurationer, en process som är tidskrävande och kräver relativt skrymmande utrustning som kan ta emot de olika fysiska arrangemangen.
Realtidsanalys av fotonernas oskiljbarhet som kan utföras i en enhet medan den är i drift kan förbättra kvantteknologiernas precision.
Forskare vid TMOS, ARC Center of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems, har designat och demonstrerat en ny enhet som använder en ultratunn metayta för att göra alla nödvändiga mätningar i ett enda pass. Arbetet rapporterades i Optica .
Medförfattaren Jihua Zhang säger:"Denna metasyteaktiverade multiport-interferometer kan avgöra om ett fotonpars egenskaper är identiska i ett enda skott. Den behöver inte flera mätningar med fas- eller tidsfördröjningar eftersom multiportstrukturen gör att enheten kan köras mätningar samtidigt Detta möjliggör realtids- och exakt karakterisering."
En väsentlig fördel är att denna multiport-interferometer är ett element, vilket inte bara minskar storleken utan också gör den ultrastabil jämfört med tidigare multiport-interferometrar i den optiska konfigurationen för ledigt utrymme.
Användningen av meta-optik minskar ytterligare enhetens storlek, vikt och kraft, såväl som produktionskostnaden. Platt optik, som meta-optik har blivit känt, är nyckeln till att miniatyrisera optiska system, vilket i sin tur kommer att leda till miniatyrisering av enheter vi använder dagligen. Det
Co-lead författare Jinyong Ma säger, "Vi skapade ett statiskt, dielektriskt metasytgitter utan några omkonfigurerbara element. Gittret designades med multi-faktor topologioptimering, som i huvudsak justerar ytmönstret så att det interagerar med ljus på ett specifikt sätt Efter framgångsrika simuleringar, tillverkning och en engångskalibrering kunde vi framgångsrikt karakterisera likheten mellan fotonernas rumsliga läge, polarisering och spektra."
Chefsutredare Andrey Sukhorukov, som leder forskningen från Australian National University, säger:"Framgången med våra experimentella försök tyder på att arbetet skulle kunna vidareutvecklas för att även mäta omöjligheten att särskilja andra fotonegenskaper, såsom orbital vinkelmomentum. Det kan stödjer ultrakompakta och energieffektiva optiska element som skulle vara särskilt lämpade för portabla och satellitbaserade kvantfotonikteknologier för fritt rymd."
