양자 메타물질

Quantum metamaterial
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양자 메타물질은 메타물질의 과학을 양자 수준까지 확장시킨다. 그들은 양자역학의 규칙을 적용하여 전자기 방사선을 제어할 수 있다. 넓은 의미에서 양자 메타물질은 매질의 특정 양자 특성을 고려해야 하는 메타물질이며, 그 행동을 맥스웰 방정식과 슈뢰딩거 방정식으로 모두 설명한다. 그것의 행동은 전자파와 물질파의 존재를 반영한다. 구성 요소는 주파수 범위(예: 광학 또는 마이크로파)에 따라 나노 진단 또는 현미경 눈금일 수 있다.[1] [2] [3][4][5]

보다 엄격한 접근법에서 양자 메타물질은 일관성 있는 양자역학을 입증해야 한다. 그러한 시스템은 본질적으로 전자기파의 전파를 제어하는 추가적인 방법을 허용하는 공간적으로 확장된 제어 가능한 양자 물체다.[2][3][4][5][6]

양자 메타물질은 다음과 같은 광학 매체로 좁게 정의할 수 있다.[7]

  • 공학적 매개변수를 가진 양자 일관성 있는 단위 요소로 구성된다.
  • 이러한 원소의 제어 가능한 양자 상태를 나타낸다.
  • 관련 전자파 신호의 통과 시간보다 긴 시간 동안 양자 일관성을 유지한다.[7][8]

리서치

양자 메타물질에 대한 기초적인 연구는 양자 위상 전환에서 새로운 조사 기회, 부차적 양자 계산에 대한 새로운 관점, 그리고 다른 양자 기술 응용으로의 경로를 만든다. 그러한 시스템은 본질적으로 전자기파 전파를 제어하는 추가적인 방법을 허용하는 공간적으로 확장된 제어 가능한 양자 물체다.[6][7]

즉, 양자 메타물질은 전자기 방사선을 제어하고 조작하기 위해 양자 일치 상태를 통합한다. 이러한 물질로 양자정보처리는 메타물질(주기적 인공 전자기물질)의 과학과 결합된다. 단위 세포는 "전자파 펄스가 통과할 수 있을 만큼 충분히 긴" 양자 일관성을 유지하는 쿼트로 기능한다고 상상할 수 있다. 양자 상태는 물질의 개별 세포를 통해 달성된다. 각 셀이 전파되는 전자기 펄스와 상호작용할 때, 전체 시스템은 양자 일관성을 유지한다.[6][7]

몇몇 종류의 메타물질들이 연구되고 있다. 나노와이어는 주기적인 나노구조로 배열된 구조의 단위 세포나 인공 원자로 양자점을 사용할 수 있다. 이 재료는 굴절률과 유효 자력의 부정적인 지수를 보여주며 제작이 간단하다. 관심의 복사 파장은 구성 지름보다 훨씬 크다. 또 다른 유형은 주기적으로 배열된 차가운 원자 세포를 사용하며, 초저온 가스로 완성된다. 광자 대역 간극은 이 구조와 함께 튜닝성과 양자 시스템으로서의 제어와 함께 증명될 수 있다.[3] 조셉슨 접합부가 있거나[10] 없는 초전도 장치를 기반으로 한 양자 메타물질 프로토타입이 활발하게 연구되고 있다. 최근 플럭스 큐빗에 기초한 초전도 양자 메타물질 시제품이 실현되었다.[12]

참고 항목

참조

  1. ^ Plumridge, Jonathan; Clarke, Edmund; Murray, Ray; Phillips, Chris (2008). "Ultra-strong coupling effects with quantum metamaterials". Solid State Communications. 146 (9–10): 406. arXiv:cond-mat/0701775. Bibcode:2008SSCom.146..406P. doi:10.1016/j.ssc.2008.03.027.
  2. ^ a b Rakhmanov, Alexander; Zagoskin, Alexandre; Savel'ev, Sergey; Nori, Franco (2008). "Quantum metamaterials: Electromagnetic waves in a Josephson qubit line". Physical Review B. 77 (14): 144507. arXiv:0709.1314. Bibcode:2008PhRvB..77n4507R. doi:10.1103/PhysRevB.77.144507.
  3. ^ a b c Felbacq, Didier; Antezza, Mauro (2012). "Quantum metamaterials: A brave new world". SPIE Newsroom. doi:10.1117/2.1201206.004296. 참고: DOI는 전체 텍스트 기사에 연결되어 있다.
  4. ^ a b Quach, James Q.; Su, Chun-Hsu; Martin, Andrew M.; Greentree, Andrew D.; Hollenberg, Lloyd C. L. (2011). "Reconfigurable quantum metamaterials". Optics Express. 19 (12): 11018–33. arXiv:1009.4867. Bibcode:2011OExpr..1911018Q. doi:10.1364/OE.19.011018. PMID 21716331. 참고: 전체 텍스트 문서 사용 가능 - 제목을 클릭하십시오.
  5. ^ a b Zagoskin, A.M. (2011). Quantum Engineering: Theory and Design of Quantum Coherent Structures. Cambridge: Cambridge University Press. pp. 272–311. ISBN 9780521113694.
  6. ^ a b c Forrester, Derek Michael; Kusmartsev, Feodor V. (2016-04-28). "Whispering galleries and the control of artificial atoms". Scientific Reports. 6: 25084. Bibcode:2016NatSR...625084F. doi:10.1038/srep25084. ISSN 2045-2322. PMC 4848508. PMID 27122353.
  7. ^ a b c d Zagoskin, Alexandre (December 5, 2011). "Quantum metamaterials: concept and possible implementations". Paris: META CONFERENCES, META'12. Retrieved 2012-08-05.
  8. ^ Pile, David (2012). "Metamaterials mature". Nature Photonics. 6 (7): 419. Bibcode:2012NaPho...6..419P. doi:10.1038/nphoton.2012.155.
  9. ^ Astafiev, O.; Zagoskin, A.M.; Abdumalikov Jr., A.A.; Pashkin, Yu.A.; Yamamoto, T.; Inomata, K.; Nakamura, Y.; Tsai, J.S. (2010). "Resonance Fluorescence of a Single Artificial Atom". Science. 327 (5967): 840–3. arXiv:1002.4944. Bibcode:2010Sci...327..840A. doi:10.1126/science.1181918. PMID 20150495.
  10. ^ Hutter, Carsten; Tholén, Erik A.; Stannigel, Kai; Lidmar, Jack; Haviland, David B. (2011). "Josephson junction transmission lines as tunable artificial crystals". Physical Review B. 83 (1): 014511. arXiv:0804.2099. Bibcode:2011PhRvB..83a4511H. doi:10.1103/PhysRevB.83.014511.
  11. ^ Savinov, V.; Tsiatmas, A.; Buckingham, A. R.; Fedotov, V. A.; de Groot, P. A. J.; Zheludev, N. I. (2012). "Flux Exclusion Superconducting Quantum Metamaterial: Towards Quantum-level Switching". Scientific Reports. 2: 450. Bibcode:2012NatSR...2E.450S. doi:10.1038/srep00450. PMC 3371586. PMID 22690319.
  12. ^ Emerging Technology From the arXiv September 30, 2013 (2013-09-30). "World's First Quantum Metamaterial Unveiled MIT Technology Review". Technologyreview.com. Retrieved 2013-10-07.
    "Наука и техника: Наука: Российские физики создали первый в мире квантовый метаматериал". Lenta.ru. Retrieved 2013-10-07.
    Macha, Pascal; Oelsner, Gregor; Reiner, Jan-Michael; Marthaler, Michael; André, Stephan; Schön, Gerd; Huebner, Uwe; Meyer, Hans-Georg; Il'ichev, Evgeni; Ustinov, Alexey V. (2014). "Implementation of a Quantum Metamaterial". Nature Communications. 5: 5146. arXiv:1309.5268. Bibcode:2014NatCo...5E5146M. doi:10.1038/ncomms6146. PMID 25312205.

외부 링크