Para ilmuwan Harvard telah mencapai terobosan signifikan dalam komputasi kuantum dengan mengembangkan metasurface yang dapat mengubah cara informasi kuantum diproses dan ditransmisikan.
Tim peneliti di John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard, yang dipimpin oleh Profesor Federico Capasso, telah menciptakan metasurface khusus—perangkat datar yang diukir dengan pola manipulasi cahaya berskala nano—yang berfungsi sebagai pengganti ultra-tipis untuk perangkat optik kuantum yang besar dan rumit. Temuan mereka dipublikasikan di jurnal Science pada 24 Juli 2025, dalam makalah berjudul "Metasurface quantum graphs for generalized Hong-Ou-Mandel interference."
"Kami memperkenalkan keunggulan teknologi besar dalam mengatasi masalah skalabilitas," jelas mahasiswa pascasarjana Kerolos M.A. Yousef, penulis utama makalah tersebut. "Kini kami dapat meminimalkan seluruh rangkaian optik ke dalam satu metasurface yang sangat stabil dan tangguh."
Sistem fotonika kuantum konvensional mengandalkan jaringan lensa, cermin, dan pemisah berkas yang kompleks untuk memanipulasi foton dan menciptakan keadaan terbelit yang diperlukan dalam komputasi kuantum. Sistem ini menjadi semakin sulit diatur seiring bertambahnya komponen, sehingga komputer kuantum praktis sulit dibangun. Inovasi tim Harvard merangkum semua komponen tersebut ke dalam satu susunan datar elemen subpanjang-gelombang yang dapat mengendalikan cahaya dengan presisi luar biasa.
Salah satu inovasi kunci adalah penerapan teori graf—cabang matematika yang menggunakan titik dan garis untuk merepresentasikan hubungan—untuk merancang metasurface yang mampu mengendalikan sifat-sifat seperti kecerahan, fase, dan polarisasi foton. Pendekatan ini memungkinkan mereka memetakan secara visual bagaimana foton saling berinterferensi dan memprediksi hasil eksperimen, sehingga desain keadaan kuantum yang kompleks menjadi lebih intuitif.
"Dengan pendekatan graf, desain metasurface dan keadaan optik kuantum menjadi dua sisi dari mata uang yang sama," ungkap ilmuwan riset Neal Sinclair, salah satu kolaborator proyek ini.
Metasurface yang dihasilkan menawarkan banyak keunggulan dibandingkan sistem konvensional: tidak memerlukan penyelarasan rumit, tahan terhadap gangguan lingkungan, dapat diproduksi menggunakan teknik semikonduktor standar, dan meminimalkan kehilangan optik—faktor penting untuk menjaga integritas informasi kuantum.
Selain komputasi kuantum, teknologi ini juga dapat mendorong kemajuan dalam sensor kuantum dan memungkinkan kemampuan "lab-on-a-chip" untuk riset sains fundamental. Karya ini merupakan langkah besar menuju komputer dan jaringan kuantum suhu ruang yang praktis, yang selama ini sulit diwujudkan dibandingkan platform kuantum lainnya.
Penelitian ini didanai oleh Air Force Office of Scientific Research dan dilakukan di Center for Nanoscale Systems Harvard, dengan kolaborasi penting dari tim optik kuantum dan fotonika terintegrasi yang dipimpin Profesor Marko Lončar.