Kulağa ne kadar zor anlaşılır gelse de, kuantum hızında internete girmek, bilgisayar kullanmak, gerçeğe yakın görüntüler iletmek, artık o kadar da uzak bir ihtimal değil. Kuantum bilgisayarlar ve kuantum iletişim teknolojileri üretmeye çalıştığımız bu zorlu süreçte, araştırmacılar çok büyük bir adım attılar ve ' hiperbolik metamadde ' kullanarak tek bir fotondan gerçekleşecek yayılımı artırmanın yeni bir yolunu geliştirdiler.

Optik metamaddeler, ışığı kontrol etmek ve yönlendirmek için yüzey plazmonları denilen elektron bulutları oluşturur.  Purdue Üniveritesi araştırmacıları , metal titanyum tabakalarından ve dielektrik özelliği olan  alüminyum skandiyum nitrit 'ten " superlattices " denilen örgü kafesler üretmişlerdi.  Geliştirilmekte olan ve altın, gümüş gibi değerli metallerin yerine kullanma amacı güdülen bazı plazmonik bileşenlerden farklı olarak, bu yeni metamadde; entegre devre yapımında kullanılan metal-oksit-yarıiletkenler üretimi pazarında rekabet yaratacağa benzer.
Metamaddenin hiperbolik olduğu söyleniyor; ki bu artı bir ışık saçılımı sağlıyor. Yeni bulgular; nitrojen boşluklu merkezleri olan nanoelmaslar tutturarak, metamaddeden daha fazla tekil foton (kuantum bilgi işlemcileri) üretilebileceğini gösteriyor. Öyle ki, bu gelişmeler direkt olarak süper bilgisayarlara, süper şifre çözücülere ve iletişim teknolojilerine tekabül ediyor.

Sonuçlar ; nanoelmas-temelli tekil foton yayıcısını hiperbolik metamadde üzerine yerleştirildiğinde , foton parlaklığının çok daha fazla olacağını gösteriyor. Tekil foton yayıcısı yüksek verimlilikli ve tam oda sıcaklığında olan tekil foton kaynakları - CMOS -  üretmek için kullanılabilir. Araştırmanın bulguları Laser & Photonics Reviews dergisinin kapağı olarak yayımlandı.

Bir nitrojen-boşluğu merkezi , elmas örgüsündeki bir azot atomunun bir karbon atomuyla yer değiştirmesi ve hemen yanında bir boşluk oluşturması sonucu atomik düzeyde bir deformasyon ile oluşuyor. Hiperbolik maddenin yüzeyine, yapısında nitrojen-boşluğu merkezi bulunan bir nano elmasın yerleştirilmesi hem foton yayılımını artırıyor hem de yayılan ışığın izleyeceği yolu değiştiriyor; ki bu kuantum cihazlarının geliştirilmesi için çok önemli bir gelişme.



Çalışılan sistem durağan ve oda sıcaklığında çalışan bir tekil foton kaynağını belirttiği için, satışa ve ticari uygulamalara son derece uygun görünüyor. Lazer ışınına maruz kaldığında ise sistem 'temel hali'nden uyarılmış hale geçiyor ve kendiliğinden bir foton yayıyor.
Bulgular gösteriyor ki, sistem tekil fotonlar üretme , bu fotonları daha çok ve daha hızlı yayma yeteneğine sahip.
Metamaddeler ince anten ya da dalgalı katmanlar halindeki nitritler gibi özellik, desen ve bileşen içeren yüzeyler oluşturdu; bu yüzeyler benzeri görülmemiş bir ışık kontrolü sağlamakta. Yapay atom ve moleküllerden inşa edilmiş optik metamaddeler nanometer düzeyinde olağanüstü keskinlik tasarım potansiyeli taşımaktalar.

Kuantum bilgisayarları, “süperpozisyon” ve “karmaşıklık” olarak adlandırılan kuantum teorisi tarafından belirtilen olaydan faydalanmakta Sadece 1 ve 0 ihtimallerinden oluşan geleneksel bilgisayarların aksine, bu bilgisayarlarda çok sayıda süperpozisyon kuantum ihtimalleri bulunmakta. Kuantum fiziğine dayalı bilgisayarlar cihazın işleme, saklama ve bilgi iletme kapasitesini artıran kuantum bitlerine, yani qubitlere, sahip. Nitrojen boşluğu aynı zamanda merkezin nükleer ve elektron düzeyinde dönüş durumuna dayanarak potansiyel olarak bilgi kaydetmeyi de mümkün kılmakta, bu da kuantum hesaplama için ümit vermekte . Bu dönüş “yukarı” ya da aşağı olabilmekte ve bilgi işleme için yeni bir teknoloji olarak karşımıza çıkmakta.

Gelecek çalışmalar hiperbolik metamadde ile nano düzeyde antenlerin ve optik frekans yönlendiricilerin verimliliklerinin artırılması ve daha küçük boyutlara sığdırılması suretiyle bir araya getirilmesi ile geliştirilen sistemler üzerine yapılacak işleri kapsayabilir.
Güncel çalışmalar sistemin dönme özellklerinin nitrojen boşlukları ile artırılması ve yukarı ve aşağı durumları arasındaki optik zıtlık üzerine araştırmalar konusunda mücadele etmekte.

---

Referans   : Mikhail Y. Shalaginov ^1,2,∗∗, Vadim V. Vorobyov ^3,4,∗∗, Jing Liu5, Marcello Ferrera ^1,2,7, Alexey V. Akimov ^4,6,8, Alexei Lagutchev ², Andrey N. Smolyaninov ³, Vasily V. Klimov ^3,8, Joseph Irudayaraj⁵, Alexander V. Kildishev ^1,2, Alexandra Boltasseva ^1,2, and Vladimir M. Shalaev, ^{1,2,∗ , ;}  Enhancement of single–photon emission from nitrogen–vacancy centers with TiN/(Al,Sc)N hyperbolic metamaterial , Laser & Photonics Reviews; Volume 9, Issue 1, pages 120–127  ;January 2015,

---