हार्वर्ड के वैज्ञानिकों ने क्वांटम कंप्यूटिंग के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण उपलब्धि हासिल की है, जिससे क्वांटम सूचना की प्रोसेसिंग और ट्रांसमिशन का तरीका पूरी तरह बदल सकता है।
हार्वर्ड के जॉन ए. पॉलसन स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग एंड एप्लाइड साइंसेज में प्रोफेसर फेडेरिको कैपासो के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की टीम ने विशेष रूप से डिजाइन की गई मेटासर्फेस तैयार की हैं—ये समतल डिवाइसें हैं, जिन पर नैनोस्केल पर प्रकाश को नियंत्रित करने वाले पैटर्न उकेरे गए हैं। ये मेटासर्फेस पारंपरिक भारी-भरकम क्वांटम ऑप्टिकल सेटअप्स की जगह अल्ट्रा-पतली विकल्प के रूप में काम करती हैं। उनकी खोज 24 जुलाई, 2025 को 'साइंस' पत्रिका में 'Metasurface quantum graphs for generalized Hong-Ou-Mandel interference' शीर्षक से प्रकाशित हुई।
"हम स्केलेबिलिटी की समस्या को हल करने के लिए एक बड़ा तकनीकी लाभ पेश कर रहे हैं," पेपर के पहले लेखक और ग्रेजुएट छात्र केरोलोस एम.ए. यूसुफ बताते हैं। "अब हम पूरे ऑप्टिकल सेटअप को एक ही मेटासर्फेस में मिनिएचराइज़ कर सकते हैं, जो बेहद स्थिर और मजबूत है।"
पारंपरिक क्वांटम फोटोनिक सिस्टम्स में फोटॉनों को नियंत्रित करने और क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए आवश्यक उलझी हुई अवस्थाएँ बनाने के लिए लेंस, दर्पण और बीम स्प्लिटर जैसे जटिल नेटवर्क का उपयोग होता है। जैसे-जैसे इनमें घटकों की संख्या बढ़ती है, ये सिस्टम और भी जटिल और असुविधाजनक हो जाते हैं, जिससे व्यावहारिक क्वांटम कंप्यूटर बनाना मुश्किल हो जाता है। हार्वर्ड टीम का नवाचार इन सभी घटकों को एक समतल, सबवेवलेंथ एलिमेंट्स की एकल एरे में समेट देता है, जो प्रकाश को अद्भुत सटीकता से नियंत्रित करती है।
टीम की एक प्रमुख उपलब्धि थी ग्राफ थ्योरी—गणित की वह शाखा जो बिंदुओं और रेखाओं के माध्यम से कनेक्शनों का प्रतिनिधित्व करती है—का उपयोग कर ऐसी मेटासर्फेस डिजाइन करना, जो फोटॉनों की ब्राइटनेस, फेज़ और पोलराइज़ेशन जैसी विशेषताओं को नियंत्रित कर सके। इस दृष्टिकोण से वे देख सकते थे कि फोटॉन एक-दूसरे के साथ कैसे इंटरफेयर करते हैं और प्रयोगात्मक परिणामों की भविष्यवाणी कर सकते थे, जिससे जटिल क्वांटम अवस्थाओं का डिजाइन अधिक सहज हो गया।
"ग्राफ दृष्टिकोण के साथ, मेटासर्फेस डिजाइन और ऑप्टिकल क्वांटम स्टेट एक ही सिक्के के दो पहलू बन जाते हैं," परियोजना में सहयोगी रिसर्च साइंटिस्ट नील सिनक्लेयर बताते हैं।
इन मेटासर्फेस के पारंपरिक सेटअप्स पर कई फायदे हैं: इन्हें जटिल अलाइनमेंट की आवश्यकता नहीं होती, ये पर्यावरणीय व्यवधानों के प्रति मजबूत हैं, इन्हें मानक सेमीकंडक्टर तकनीकों से बनाया जा सकता है, और इनमें ऑप्टिकल लॉस न्यूनतम होता है—जो क्वांटम सूचना की शुद्धता बनाए रखने के लिए बेहद जरूरी है।
क्वांटम कंप्यूटिंग के अलावा, यह तकनीक क्वांटम सेंसिंग को आगे बढ़ा सकती है और मौलिक विज्ञान अनुसंधान के लिए 'लैब-ऑन-ए-चिप' क्षमताएं प्रदान कर सकती है। यह कार्य व्यावहारिक रूम-टेम्परेचर क्वांटम कंप्यूटर और नेटवर्क की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है, जिन्हें अन्य क्वांटम प्लेटफॉर्म्स की तुलना में लागू करना अब तक चुनौतीपूर्ण रहा है।
इस शोध को एयर फोर्स ऑफिस ऑफ साइंटिफिक रिसर्च द्वारा वित्त पोषित किया गया और हार्वर्ड के सेंटर फॉर नैनोस्केल सिस्टम्स में प्रोफेसर मार्को लोंचार की क्वांटम ऑप्टिक्स और इंटीग्रेटेड फोटोनिक्स टीम के महत्वपूर्ण सहयोग से किया गया।