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 ЭМ волн , так и волн материи . Компоненты могут иметь наноскопический или микроскопический масштаб, в зависимости от диапазона частот (например, оптического или микроволнового). ^[1]^[2]^[3]^[4]^[5]

При более строгом подходе квантовый метаматериал должен демонстрировать когерентную квантовую динамику . Такая система по сути представляет собой пространственно расширенный управляемый квантовый объект, позволяющий дополнительные способы управления распространением электромагнитных волн. ^[2]^[3]^[4]^[5]^[6]

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

Состоят из квантово-когерентных элементарных элементов с заданными параметрами;
Демонстрируйте контролируемые квантовые состояния этих элементов;
Поддерживать квантовую когерентность дольше, чем время прохождения соответствующего электромагнитного сигнала. ^[7]^[8]

Исследования [ править ]

Фундаментальные исследования в области квантовых метаматериалов открывают возможности для новых исследований в области квантовых фазовых переходов , новых взглядов на адиабатические квантовые вычисления и путь к другим квантовых технологий приложениям . Такая система, по сути, представляет собой пространственно-протяженный управляемый квантовый объект, который позволяет дополнительные способы управления распространением электромагнитных волн. ^[6]^[7]

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

Изучаются несколько типов метаматериалов. Нанопроволоки 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 его легко изготовить. Излучаемая длина волны, представляющая интерес, намного больше, чем диаметр компонента. Другой тип использует периодически расположенные ячейки с холодными атомами , работающие на ультрахолодных газах. системы . С помощью этой структуры можно продемонстрировать фотонную запрещенную зону, а также возможность настройки и управления как квантовой ^[3] Прототипы квантового метаматериала на основе сверхпроводящих устройств с ^[9]^[10]и без ^[11] Джозефсоновские переходы активно исследуются. Недавно был реализован прототип сверхпроводящего квантового метаматериала на основе потоковых кубитов. ^[12]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Пламридж, Джонатан; Кларк, Эдмунд; Мюррей, Рэй; Филлипс, Крис (2008). «Эффекты сверхсильной связи с квантовыми метаматериалами». Твердотельные коммуникации . 146 (9–10): 406. arXiv : cond-mat/0701775 . Бибкод : 2008SSCom.146..406P . дои : 10.1016/j.ssc.2008.03.027 . S2CID 119063144 .
^ Jump up to: ^а ^б Рахманов, Александр; Загоскин, Александр; Савельев, Сергей; Нори, Франко (2008). «Квантовые метаматериалы: Электромагнитные волны в линии джозефсоновских кубитов» . Физический обзор B . 77 (14): 144507. arXiv : 0709.1314 . Бибкод : 2008PhRvB..77n4507R . дои : 10.1103/PhysRevB.77.144507 . S2CID 8593352 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Фельбак, Дидье; Антеза, Мауро (2012). «Квантовые метаматериалы: дивный новый мир». Отдел новостей SPIE . дои : 10.1117/2.1201206.004296 . Примечание. DOI связан с полным текстом статьи.
^ Jump up to: ^а ^б Куах, Джеймс К.; Су, Чун-Сюй; Мартин, Эндрю М.; Гринтри, Эндрю Д.; Холленберг, Ллойд CL (2011). «Реконфигурируемые квантовые метаматериалы» . Оптика Экспресс . 19 (12): 11018–33. arXiv : 1009.4867 . Бибкод : 2011OExpr..1911018Q . дои : 10.1364/OE.19.011018 . ПМИД 21716331 . S2CID 21069483 . Примечание: доступен полный текст статьи. - нажмите на заголовок.
^ Jump up to: ^а ^б Загоскин А.М. (2011). Квантовая инженерия: теория и проектирование квантовых когерентных структур . Кембридж: Издательство Кембриджского университета . стр. 272–311. ISBN 9780521113694 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Форрестер, Дерек Майкл; Кусмарцев, Федор В. (28 апреля 2016 г.). «Шепчущие галереи и управление искусственными атомами» . Научные отчеты . 6 : 25084. Бибкод : 2016NatSR...625084F . дои : 10.1038/srep25084 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 4848508 . ПМИД 27122353 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Загоскин, Александр (5 декабря 2011 г.). «Квантовые метаматериалы: концепция и возможные реализации» . Париж: МЕТА КОНФЕРЕНЦИИ, МЕТА'12 . Проверено 5 августа 2012 г.
^ Пайл, Дэвид (2012). «Метаматериалы созревают». Природная фотоника . 6 (7): 419. Бибкод : 2012NaPho...6..419P . дои : 10.1038/nphoton.2012.155 . S2CID 123129422 .
^ 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 . ПМИД 20150495 . S2CID 206523434 .
^ Хаттер, Карстен; Толен, Эрик А.; Станнигель, Кай; Лидмар, Джек; Хэвиленд, Дэвид Б. (2011). «Линии передачи на джозефсоновском переходе как перестраиваемые искусственные кристаллы». Физический обзор B . 83 (1): 014511. arXiv : 0804.2099 . Бибкод : 2011PhRvB..83a4511H . дои : 10.1103/PhysRevB.83.014511 . S2CID 18117600 .
^ Савинов В.; Циатмас, А.; Букингем, Арканзас; Федотов В.А.; де Гроот, PAJ; Желудев Н.И. (2012). «Сверхпроводящий квантовый метаматериал с исключенным потоком: на пути к переключению на квантовом уровне» . Научные отчеты . 2 : 450. Бибкод : 2012NatSR...2E.450S . дои : 10.1038/srep00450 . ПМЦ 3371586 . ПМИД 22690319 .
^ Новые технологии из arXiv, 30 сентября 2013 г. (30 сентября 2013 г.). «Представлен первый в мире квантовый метаматериал | Обзор технологий MIT» . Technologyreview.com . Проверено 7 октября 2013 г. {{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
"Наука и техника: Наука: Российские физики создали первый в мире квантовый метаматериал" . Lenta.ru . Retrieved 2013-10-07 .
Маха, Паскаль; Ольснер, Грегор; Райнер, Ян-Майкл; Марталер, Майкл; Андре, Стефан; Шён, Герд; Хюбнер, Уве; Мейер, Ханс-Георг; Ильичев, Евгений; Устинов, Алексей В. (2014). «Реализация квантового метаматериала». Природные коммуникации . 5 : 5146. arXiv : 1309,5268 . Бибкод : 2014NatCo...5.5146M . дои : 10.1038/ncomms6146 . ПМИД 25312205 . S2CID 7835759 .

Внешние ссылки [ править ]

МЕТА 12. Специальные сессии .
Конференция по квантовым метаматериалам. Архивировано 6 августа 2020 г. в Wayback Machine.
Квантовые метаматериалы SPIE

[Plumridge-1] Пламридж, Джонатан; Кларк, Эдмунд; Мюррей, Рэй; Филлипс, Крис (2008). «Эффекты сверхсильной связи с квантовыми метаматериалами». Твердотельные коммуникации . 146 (9–10): 406. arXiv : cond-mat/0701775 . Бибкод : 2008SSCom.146..406P . дои : 10.1016/j.ssc.2008.03.027 . S2CID 119063144 .

[Rakhmanov-2] Jump up to: ^а ^б Рахманов, Александр; Загоскин, Александр; Савельев, Сергей; Нори, Франко (2008). «Квантовые метаматериалы: Электромагнитные волны в линии джозефсоновских кубитов» . Физический обзор B . 77 (14): 144507. arXiv : 0709.1314 . Бибкод : 2008PhRvB..77n4507R . дои : 10.1103/PhysRevB.77.144507 . S2CID 8593352 .

[Felbacq-3] Jump up to: ^а ^б ^с Фельбак, Дидье; Антеза, Мауро (2012). «Квантовые метаматериалы: дивный новый мир». Отдел новостей SPIE . дои : 10.1117/2.1201206.004296 . Примечание. DOI связан с полным текстом статьи.

[JQ-Quach-4] Jump up to: ^а ^б Куах, Джеймс К.; Су, Чун-Сюй; Мартин, Эндрю М.; Гринтри, Эндрю Д.; Холленберг, Ллойд CL (2011). «Реконфигурируемые квантовые метаматериалы» . Оптика Экспресс . 19 (12): 11018–33. arXiv : 1009.4867 . Бибкод : 2011OExpr..1911018Q . дои : 10.1364/OE.19.011018 . ПМИД 21716331 . S2CID 21069483 . Примечание: доступен полный текст статьи. - нажмите на заголовок.

[Zagoskin1-5] Jump up to: ^а ^б Загоскин А.М. (2011). Квантовая инженерия: теория и проектирование квантовых когерентных структур . Кембридж: Издательство Кембриджского университета . стр. 272–311. ISBN 9780521113694 .

[:0-6] Jump up to: ^а ^б ^с Форрестер, Дерек Майкл; Кусмарцев, Федор В. (28 апреля 2016 г.). «Шепчущие галереи и управление искусственными атомами» . Научные отчеты . 6 : 25084. Бибкод : 2016NatSR...625084F . дои : 10.1038/srep25084 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 4848508 . ПМИД 27122353 .

[Zagoskin2-7] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Загоскин, Александр (5 декабря 2011 г.). «Квантовые метаматериалы: концепция и возможные реализации» . Париж: МЕТА КОНФЕРЕНЦИИ, МЕТА'12 . Проверено 5 августа 2012 г.

[Pile-8] Пайл, Дэвид (2012). «Метаматериалы созревают». Природная фотоника . 6 (7): 419. Бибкод : 2012NaPho...6..419P . дои : 10.1038/nphoton.2012.155 . S2CID 123129422 .

[Astafiev-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 . ПМИД 20150495 . S2CID 206523434 .

[Hutter-10] Хаттер, Карстен; Толен, Эрик А.; Станнигель, Кай; Лидмар, Джек; Хэвиленд, Дэвид Б. (2011). «Линии передачи на джозефсоновском переходе как перестраиваемые искусственные кристаллы». Физический обзор B . 83 (1): 014511. arXiv : 0804.2099 . Бибкод : 2011PhRvB..83a4511H . дои : 10.1103/PhysRevB.83.014511 . S2CID 18117600 .

[Savinov-11] Савинов В.; Циатмас, А.; Букингем, Арканзас; Федотов В.А.; де Гроот, PAJ; Желудев Н.И. (2012). «Сверхпроводящий квантовый метаматериал с исключенным потоком: на пути к переключению на квантовом уровне» . Научные отчеты . 2 : 450. Бибкод : 2012NatSR...2E.450S . дои : 10.1038/srep00450 . ПМЦ 3371586 . ПМИД 22690319 .

[12] Новые технологии из arXiv, 30 сентября 2013 г. (30 сентября 2013 г.). «Представлен первый в мире квантовый метаматериал | Обзор технологий MIT» . Technologyreview.com . Проверено 7 октября 2013 г. {{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
"Наука и техника: Наука: Российские физики создали первый в мире квантовый метаматериал" . Lenta.ru . Retrieved 2013-10-07 .
Маха, Паскаль; Ольснер, Грегор; Райнер, Ян-Майкл; Марталер, Майкл; Андре, Стефан; Шён, Герд; Хюбнер, Уве; Мейер, Ханс-Георг; Ильичев, Евгений; Устинов, Алексей В. (2014). «Реализация квантового метаматериала». Природные коммуникации . 5 : 5146. arXiv : 1309,5268 . Бибкод : 2014NatCo...5.5146M . дои : 10.1038/ncomms6146 . ПМИД 25312205 . S2CID 7835759 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]