پژوهشگران دانشگاه پوردو با استفاده از «متامواد نانوساختار» به دنبال خلق فناوری‌های نوری جدیدی هستند که قادر به انتقال بسیار کارآمد نور با کاربردهای بالقوه‌ای مانند پیل‌‌های خورشیدی پیشرفته و محاسبات کوانتومی هستند.

این متاماده – لایه‌هایی از نقره و اکسید تیتانیوم و مولفه‌های ریزی به نام نقاط کوانتومی - بطور رویایی خواص نور را تغییر می‌دهد؛ نور «هذلولی» شده و خروجی نور را از نقاط کوانتومی افزایش می‌دهد. چنین موادی می‌توانند کاربردهایی در پیل‌های خورشیدی، دیودهای گسیلنده نور و پردازش اطلاعات کوانتومی بسیار قوی‌تر از رایانه‌های امروزی پیدا کنند.

این شکل نشان‌دهنده یک «متاماده نانوساختار» است که بطور رویایی خواص نور را تغییر می‌دهد؛ پژوهشگران دانشگاه پوردو مشغول تکمیل متاموادی هستند که قادر به انتقال بسیار کارآمد نور با کاربردهای بالقوه‌ای مانند پیل‌‌های خورشیدی پیشرفته و محاسبات کوانتومی هستند

«ایوجنی ناریمانو»، دانشیاری از مهندسی رایانه و برق دانشگاه پوردو و یکی از این پژوهشگران گفت: تغییر توپولوژی سطح با استفاده از متامواد یک مسیر کاملا جدید برای دستکاری نور باز می‌کند.

چنین موادی می‌توانند امکان استفاده از فوتون‌های واحد را - ذرات ریزی که نور را تشکیل می‌دهند - در سوئیچ‌ها و مسیریاب‌های رایانه‌ای آینده فراهم کنند. در حالی‌که استفاده از فوتون‌ها بطور رویایی سرعت رایانه‌ها و مخابرات را افزایش می‌دهد، افزاره‌های فوتونیکی متداول قابلیت کوچک شدن را ندارند، زیرا طول‌ موج نور آنقدر بزرگ است که نمی‌تواند با مولفه‌های ریزی که برای مدارهای مجتمع ضروری هستند، جفت و جور شود.

«ناریمانو» می‌گوید: برای مثال، طول‌ موج مورد استفاده در مخابرات ۱.۵۵ میکرون است که حدود هزار برابر از میکروالکترونیک امروزی بزرگ‌تر است.

وی می‌افزاید: با این حال، متامواد نانوساختار، می‌توانند امکان کاهش اندازه فوتون‌ها و طول‌ موج نور را برآورد کرده و اجازه خلق انواع جدیدی از افزاره‌های نانوفوتونیکی را بدهند.

این رهیافت می‌تواند به پژوهشگران در ساخت «سیستم‌های اطلاعات کوانتومی» که بسیار قدرتمندتر از رایانه‌های امروزی باشند، کمک کند. چنین رایانه‌های کوانتومی از مزیت پدیده‌ای که در نظریه مکانیک کوانتومی «درهم تنیدگی» خوانده می‌شود، استفاده می‌کنند و بجای داشتن فقط حالت‌های صفر و یک، «حالت‌های کوانتومی درهم تنیده» زیادی بین آنها بوجود می‌آید.

این پژوهشگران، جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را تحت عنوان «انتقال‌های توپولوژیکی در متامواد» در مجله‌ «Science» منتشر کرده‌اند.