Een ultradun oppervlak kan nu de dans van losse lichtdeeltjes sturen. Onderzoekers onder wie Lawrence M. Qin beschrijven in een rapport, gepubliceerd op 19 oktober 2026 via het archief arxiv.org, hoe optische quantuminterferentie met één enkel apparaat kan worden beheerst. Naast Qin werkten Sky Semone, Matthew J. Brandsema en Christos Argyropoulos aan het onderzoek.
Dat is een grote stap. Het beheersen van quantuminterferentie met één apparaat geldt in de wetenschappelijke gemeenschap als een flinke uitdaging — maar het is wel essentieel voor sleuteloperaties binnen de quantum-informatieverwerking.
🧠 Even simpel uitgelegd
Fotonen (lichtdeeltjes) kunnen zich op een vreemde manier gedragen: als je er twee samenbrengt, gedragen ze zich soms als tweelingen die altijd samen opduiken ("bunching"), of juist als mensen die elkaar uit de weg gaan ("anti-bunching"). Dat heet quantuminterferentie. De onderzoekers maakten een soort ultrafijn zeefje voor licht — een metasurface — dat bepaalt welk gedrag de fotonen vertonen. Dat is vergelijkbaar met een schakelaar die beslist of fotonen elkaar opzoeken of vermijden. Precies dat soort schakelingen heb je nodig om quantumcomputers te bouwen.
Hoe het oppervlak werkt
Het metasurface bestaat uit een plasmonisch rooster met periodieke nanoslitten. Die structuur zorgt voor een buitengewone optische transmissie: veel licht gaat erdoorheen. Bovenop zijn nanostrepen geplaatst die nanocaviteiten vormen. Deze caviteiten vertonen gelokaliseerde 'gap plasmon resonances', waardoor de interactie met lichtdeeltjes veel nauwkeuriger wordt.
Het resultaat: een composiet quantum plasmonisch metasurface dat functioneert als een ultradunne, non-unitaire beamsplitter.
Schakelen tussen twee quantumgedragingen
Het opvallendste kenmerk van het ontwerp is de veelzijdigheid. Het apparaat kan zowel 'single photon bosonic bunching' als 'fermionic anti-bunching' interferentie realiseren. Dat zijn twee fundamenteel verschillende quantumgedragingen.
Het schakelen tussen de twee kan op twee manieren:
- Door de frequentie van de invallende fotonen te variëren.
- Door aanpassingen te maken in de ontwerpdimensies van het metasurface.
Om te meten wat er precies gebeurt, berekenden de wetenschappers de 'quantum coalescence metric'. Deze meetmethode geeft een accuraat beeld van de mate waarin bunching of anti-bunching optreedt tijdens de quantuminterferentie.
Van fundamentele natuurkunde naar quantumcomputers
De toepassingen reiken verder dan de theorie. De beschreven operaties zijn direct toepasbaar op non-klassieke lichtinteracties. Bovendien vormt de technologie een basis voor toegepaste quantum optische logische poorten — bouwstenen die onmisbaar zijn voor quantum computing en geavanceerde quantumcommunicatiesystemen.
Kortom: de integratie van plasmonische metasurfaces biedt een efficiënte route naar het beheersen van quantumprocessen op zeer kleine schaal. Met dit ultradunne metasurface wordt een belangrijke stap gezet richting de miniaturisering van quantumoptische componenten — en een solide fundament gelegd voor de volgende generatie quantumtechnologieën.
Opmerking: termen zoals 'controlling' verwijzen hier naar de technische sturing van fysieke processen, niet naar financiële of gedragsmatige controle. Zie voor taalkundige context cambridge.org.