量子メタマテリアル

量子メタマテリアルは、メタマテリアルの科学と量子力学の法則を応用して電磁放射を制御します。広義には、量子メタマテリアルとは、媒質の特定の量子特性を考慮に入れなければならず、その挙動がマクスウェル方程式とシュレーディンガー方程式の両方で記述されるメタマテリアルです。その挙動は、電磁波と物質波の両方の存在を反映しています。構成要素は、周波数範囲（例えば、光またはマイクロ波）に応じて、ナノスケールまたはミクロスケールになります。 ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

より厳密なアプローチでは、量子メタマテリアルはコヒーレントな量子ダイナミクスを示すべきである。このようなシステムは本質的に空間的に拡張された制御可能な量子オブジェクトであり、電磁波の伝搬を制御する追加的な方法を可能にする。^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

量子メタマテリアルは、以下の光学媒体として狭義に定義できます。^{[ 7 ]}

• 設計されたパラメータを持つ量子コヒーレントな単位要素から構成される。
• これらの元素の制御可能な量子状態を示す。
• 関連する電磁信号の伝播時間よりも長く量子コヒーレンスを維持する。^{[ 7 ] [ 8 ]}

量子メタマテリアルの基礎研究は、量子相転移に関する新しい研究、断熱量子計算に関する新しい視点、およびその他の量子技術アプリケーションへの道を開く機会を生み出します。このようなシステムは、本質的に空間的に拡張された制御可能な量子オブジェクトであり、電磁波伝搬を制御する追加的な方法を可能にします。^{[ 6 ] [ 7 ]}

言い換えれば、量子メタマテリアルは、電磁放射を制御および操作するために量子コヒーレント状態を組み込んでいます。これらの材料では、量子情報処理がメタマテリアル（周期的な人工電磁材料）の科学と組み合わされています。単位セルは、 「電磁パルスが通過するのに十分な時間」量子コヒーレンスを維持する量子ビットとして機能すると考えることができます。量子状態は、材料の個々のセルを通じて実現されます。各セルが伝搬する電磁パルスと相互作用すると、システム全体が量子コヒーレンスを維持します。^{[ 6 ] [ 7 ]}

メタマテリアルにはいくつかの種類が研究されている。ナノワイヤは、周期的なナノ構造として配置された構造の単位セルまたは人工原子として量子ドットを使用できる。この材料は負の屈折率と有効磁性を示し、簡単に構築できる。関心のある放射波長は、構成要素の直径よりもはるかに大きい。別のタイプは、超低温ガスで実現される周期的に配置された冷原子セルを使用する。この構造では、量子システムとして調整可能性と制御とともにフォトニックバンドギャップを実証できる。^{[ 3 ]ジョセフソン接合を備えた[ 9 ] [ 10 ]} およびジョセフソン接合のない^{[ 11 ]}超伝導デバイス に基づく量子メタマテリアルのプロトタイプが活発に研究されている。最近、フラックス量子ビットに基づく超伝導量子メタマテリアルのプロトタイプが実現された。^{[ 12 ]}

• 負の屈折率メタマテリアル
• 量子力学入門
• ナノテクノロジー
• メタマテリアルの歴史

• META 12.特別セッション.
• 量子メタマテリアル に関する会議（ 2020年8月6日アーカイブ、Wayback Machineにて）
• 量子メタマテリアルSPIE