Científicos de Harvard han logrado un avance significativo en la computación cuántica al desarrollar metasuperficies que podrían transformar la forma en que se procesa y transmite la información cuántica.
El equipo de investigación de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard, liderado por el profesor Federico Capasso, ha creado metasuperficies especialmente diseñadas: dispositivos planos grabados con patrones a nanoescala que manipulan la luz y funcionan como reemplazos ultrafinos de los voluminosos sistemas ópticos cuánticos tradicionales. Sus hallazgos fueron publicados en Science el 24 de julio de 2025, en un artículo titulado "Metasurface quantum graphs for generalized Hong-Ou-Mandel interference".
"Estamos introduciendo una ventaja tecnológica importante para resolver el problema de la escalabilidad", explica el estudiante de doctorado Kerolos M.A. Yousef, primer autor del artículo. "Ahora podemos miniaturizar todo un sistema óptico en una sola metasuperficie que es muy estable y robusta".
Los sistemas fotónicos cuánticos convencionales dependen de complejas redes de lentes, espejos y divisores de haz para manipular fotones y crear los estados entrelazados necesarios para la computación cuántica. Estos sistemas se vuelven cada vez más difíciles de manejar a medida que se añaden más componentes, lo que dificulta la construcción de ordenadores cuánticos prácticos. La innovación del equipo de Harvard condensa todos estos componentes en una única matriz plana de elementos sublongitud de onda que controlan la luz con una precisión extraordinaria.
Una innovación clave fue la aplicación por parte del equipo de la teoría de grafos—una rama de las matemáticas que utiliza puntos y líneas para representar conexiones—para diseñar metasuperficies capaces de controlar propiedades como el brillo, la fase y la polarización de los fotones. Este enfoque les permitió mapear visualmente cómo interfieren los fotones entre sí y predecir los resultados experimentales, haciendo que el diseño de estados cuánticos complejos sea más intuitivo.
"Con el enfoque de grafos, el diseño de la metasuperficie y el estado cuántico óptico se convierten en dos caras de la misma moneda", señala el científico investigador Neal Sinclair, que colaboró en el proyecto.
Las metasuperficies resultantes ofrecen numerosas ventajas frente a los sistemas convencionales: no requieren alineaciones complejas, son resistentes a perturbaciones ambientales, pueden fabricarse mediante técnicas estándar de semiconductores y minimizan la pérdida óptica, un factor crucial para mantener la integridad de la información cuántica.
Más allá de la computación cuántica, esta tecnología podría impulsar la detección cuántica y permitir capacidades de "laboratorio en un chip" para la investigación científica fundamental. El trabajo representa un paso importante hacia ordenadores y redes cuánticas prácticos que funcionen a temperatura ambiente, un reto que hasta ahora ha sido difícil de superar en comparación con otras plataformas cuánticas.
La investigación fue financiada por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea y se llevó a cabo en el Centro de Sistemas a Nanoescala de Harvard, con la colaboración fundamental del equipo de óptica cuántica y fotónica integrada del profesor Marko Lončar.