Új, mesterségesen előállított, metaanyagokon alapuló információtovábbításra alkalmas kvantumoptikai eszközöket fejlesztenek a Szegedi Tudományegyetemen (SZTE) nemzetközi együttműködésben - tájékoztatta a felsőoktatási intézmény közkapcsolati igazgatósága pénteken az MTI-t.

A közlemény szerint a jelenlegi optikai és lézeres technológiák továbbfejlesztésének egyik fő akadálya, hogy a fény erősítése, irányítása és érzékelése csak bizonyos korlátok mellett lehetséges. A molekulaméretű fluoreszcens fényforrások nem elég stabilak vagy nehezen kontrollálhatóak a kvantumtechnológiai alkalmazásokhoz, amelyek megkövetelik egyetlen fotonban kódolt információ kiolvasását. A hagyományos detektorok pedig nem alkalmasak egyetlen foton különleges tulajdonságainak érzékelésére. A jól működő fény alapú számítógépek műveleti funkcionalitásokra alkalmas komponensei még hiányoznak a gyors és stabil működéshez.

E problémák megoldására kínálnak lehetőséget a mesterségesen létrehozott, a fény hullámhosszánál kisebb alkotóelemek szabályos mintázataiból felépülő metaanyagok, amelyek a kvantumfizika törvényeinek megfelelő újszerű jelenségeket produkálnak. Nevüket onnan kapták, hogy szerkezetüknek köszönhetően olyan tulajdonságokkal bírnak, amellyel a természetben előforduló anyagok nem rendelkeznek.

Ezen anyagok optikai válasza matematikailag leírható, vagy bonyolultabb struktúráknál numerikus szimulációval megjósolható. A célzott tervezéssel és optimalizálással a különleges tulajdonságok tovább erősíthetők, kombinálhatók, azaz teljesen új tulajdonságok is elérhetőek. A szinergikus hatásoknak köszönhetően a metaanyagokkal a fény viselkedése eddig nem ismert módon szabályozhatóvá válik.

A kutatás során kifejlesztett módszer a hagyományos optikai rendszerek kihívásaira kínál megoldást azzal, hogy számítógépes szimulációk segítségével lehetővé teszi a fényforrások, detektorok és metaanyagok összekapcsolását egyetlen, integrált rendszerbe és konfigurációjuk optimalizálását a kívánt funkcionalitás eléréséhez.

A metaanyagok alkalmazásával a fény intenzitása, térbeli eloszlása, polarizációja pontosabban szabályozható lesz, mint korábban, így a kvantuminformatikai rendszerek hatékonyabbak, gyorsabbak és megbízhatóbbak lesznek. A metaanyagok alkalmazásával olyan tulajdonságokkal lehet felruházni a nem-klasszikus fényforrásokat és detektorokat, amelyek új alkalmazási lehetőséget nyitnak a tudományos és technológiai szférában.

A metaanyagok újszerűsége miatt a Csete Mária, az SZTE Fizikai Intézetének tudományos főmunkatársa által vezetett projekt alapkutatás jellegű, azonban a tudományos eredmények hosszabb távon több területen is megjelenhetnek a mindennapi életben. Az egyik legfontosabb alkalmazási lehetőség a biztonságos kommunikáció, ahol a kvantuminformáció alapú adatátvitel gyakorlatilag lehallgathatatlan rendszereket tesz lehetővé.

Emellett a fejlesztések hozzájárulhatnak pontosabb diagnosztikai és környezeti szenzorok, valamint miniatürizálható lézeres eszközök létrehozásához is, így hosszabb távon az egészségügy és a digitális biztonság fejlődéséhez is. A kutatás során olyan komponensek tervezése is lehetséges, amelyekkel a szilícium alapú chipek, az integrált áramköri elemek is kiválthatók lehetnek, így átvezetve az információ technológiát félvezető megoldásokból a fény és metaanyag alapú rendszerekre.

A projektbe, amely csaknem 400 millió forint támogatást nyert el a Hu-rizont pályázaton, nemzetközi szakértők, magasan kvalifikált tudósok kutatócsoportjai is bekapcsolódnak a Harvardról, az Ulmi Egyetemről, a stockholmi Királyi Technológiai Intézetből, a görög Kutatási és Technológiai Alapítvány lézeres kutatóintézetéből, valamint a Georgia Southern University-ről az Egyesült Államokból - áll a közleményben.