Metamaterial cuántico

Los metamateriales cuánticos aplican la ciencia de los metamateriales y las reglas de la mecánica cuántica para controlar la radiación electromagnética . En sentido amplio, un metamaterial cuántico es un metamaterial en el que deben tenerse en cuenta ciertas propiedades cuánticas del medio y cuyo comportamiento se describe tanto por las ecuaciones de Maxwell como por la ecuación de Schrödinger . Su comportamiento refleja la existencia tanto de ondas EM como de ondas de materia . Los constituyentes pueden estar a escala nanoscópica o microscópica , dependiendo del rango de frecuencia (por ejemplo, óptica o microondas). ^{[1] [2] [3] [4] [5]}

En un enfoque más estricto, un metamaterial cuántico debería demostrar una dinámica cuántica coherente. Un sistema de este tipo es esencialmente un objeto cuántico controlable y extendido espacialmente que permite formas adicionales de controlar la propagación de las ondas electromagnéticas. ^{[2] [3] [4] [5] [6]}

Los metamateriales cuánticos pueden definirse estrictamente como medios ópticos que: ^[7]

• Están compuestos de elementos unitarios coherentes cuánticos con parámetros diseñados;
• Exhibir estados cuánticos controlables de estos elementos;
• Mantener la coherencia cuántica durante más tiempo que el tiempo de recorrido de una señal electromagnética relevante. ^{[7] [8]}

La investigación fundamental en metamateriales cuánticos crea oportunidades para nuevas investigaciones en transición de fase cuántica , nuevas perspectivas en computación cuántica adiabática y una ruta hacia otras aplicaciones de tecnología cuántica . Un sistema de este tipo es esencialmente un objeto cuántico controlable extendido espacialmente que permite formas adicionales de controlar la propagación de ondas electromagnéticas. ^{[6] [7]}

En otras palabras, los metamateriales cuánticos incorporan estados coherentes cuánticos para controlar y manipular la radiación electromagnética . Con estos materiales, el procesamiento de información cuántica se combina con la ciencia de los metamateriales (materiales electromagnéticos artificiales periódicos). Se puede imaginar que las celdas unitarias funcionan como qubits que mantienen la coherencia cuántica "el tiempo suficiente para que el pulso electromagnético viaje a través de ellas". El estado cuántico se logra a través de las celdas individuales del material. A medida que cada celda interactúa con el pulso electromagnético que se propaga, todo el sistema conserva la coherencia cuántica. ^{[6] [7]}

Se están estudiando varios tipos de metamateriales. Los nanocables pueden utilizar puntos cuánticos como celdas unitarias o átomos artificiales de la estructura, dispuestos como nanoestructuras periódicas . Este material demuestra un índice de refracción negativo y magnetismo efectivo y es fácil de construir. La longitud de onda radiada de interés es mucho mayor que el diámetro constituyente. Otro tipo utiliza celdas atómicas frías dispuestas periódicamente , logradas con gases ultrafríos. Se puede demostrar una banda prohibida fotónica con esta estructura, junto con capacidad de ajuste y control como un sistema cuántico. ^[3] Se están investigando activamente prototipos de metamateriales cuánticos basados ​​en dispositivos superconductores con ^{[9] [10]} y sin ^[11] uniones Josephson . Recientemente se realizó un prototipo de metamaterial cuántico superconductor basado en qubits de flujo. ^[12]

• Metamateriales de índice negativo
• Introducción a la mecánica cuántica
• Nanotecnología
• Historia de los metamateriales

• META 12. Sesiones Especiales.
• Conferencia sobre metamateriales cuánticos Archivado el 6 de agosto de 2020 en Wayback Machine
• Metamateriales cuánticos SPIE