Saintis Harvard telah mencapai satu pencapaian penting dalam pengkomputeran kuantum dengan membangunkan metasurface yang boleh mengubah cara maklumat kuantum diproses dan dihantar.
Pasukan penyelidik di Sekolah Kejuruteraan dan Sains Gunaan John A. Paulson, Harvard, yang diketuai oleh Profesor Federico Capasso, telah mencipta metasurface khas—peranti rata yang diukir dengan corak nanoskopik untuk memanipulasi cahaya—yang berfungsi sebagai pengganti ultra-nipis kepada susunan optik kuantum yang besar dan rumit. Penemuan mereka telah diterbitkan dalam jurnal Science pada 24 Julai 2025, menerusi makalah bertajuk "Metasurface quantum graphs for generalized Hong-Ou-Mandel interference."
"Kami memperkenalkan kelebihan teknologi utama dalam menyelesaikan masalah skalabiliti," jelas pelajar siswazah Kerolos M.A. Yousef, penulis utama makalah tersebut. "Kini kami boleh meminimumkan keseluruhan susunan optik kepada satu metasurface yang sangat stabil dan kukuh."
Sistem fotonik kuantum konvensional bergantung kepada rangkaian kompleks kanta, cermin, dan pembahagi pancaran untuk memanipulasi foton dan mencipta keadaan terjerat yang diperlukan untuk pengkomputeran kuantum. Sistem-sistem ini menjadi semakin sukar diurus apabila lebih banyak komponen ditambah, menjadikan pembinaan komputer kuantum praktikal satu cabaran. Inovasi pasukan Harvard ini menggabungkan semua komponen tersebut ke dalam satu susunan rata elemen sub-gelombang yang mengawal cahaya dengan ketepatan luar biasa.
Salah satu inovasi utama ialah penggunaan teori graf oleh pasukan ini—cabang matematik yang menggunakan titik dan garisan untuk mewakili hubungan—bagi mereka metasurface yang mampu mengawal sifat seperti kecerahan, fasa, dan polarisasi foton. Pendekatan ini membolehkan mereka memetakan secara visual bagaimana foton berinterferensi antara satu sama lain dan meramalkan hasil eksperimen, menjadikan reka bentuk keadaan kuantum kompleks lebih intuitif.
"Dengan pendekatan graf, reka bentuk metasurface dan keadaan kuantum optik menjadi dua sisi mata wang yang sama," kata saintis penyelidik Neal Sinclair, yang turut bekerjasama dalam projek ini.
Metasurface yang dihasilkan menawarkan pelbagai kelebihan berbanding susunan konvensional: ia tidak memerlukan pelarasan rumit, tahan terhadap gangguan persekitaran, boleh dihasilkan menggunakan teknik semikonduktor standard, dan meminimumkan kehilangan optik—faktor kritikal untuk mengekalkan integriti maklumat kuantum.
Selain pengkomputeran kuantum, teknologi ini boleh memajukan penderiaan kuantum dan membolehkan keupayaan "makmal atas cip" untuk penyelidikan sains asas. Kerja ini merupakan langkah penting ke arah komputer dan rangkaian kuantum suhu bilik yang praktikal, yang selama ini sukar untuk dilaksanakan berbanding platform kuantum lain.
Penyelidikan ini dibiayai oleh Air Force Office of Scientific Research dan dijalankan di Pusat Sistem Nanoskala Harvard, dengan kerjasama penting daripada pasukan optik kuantum dan fotonik bersepadu Profesor Marko Lončar.