Oamenii de știință de la Harvard au realizat un progres semnificativ în domeniul calculului cuantic, dezvoltând metasuprafețe care ar putea transforma modul în care informația cuantică este procesată și transmisă.
Echipa de cercetare de la John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences din cadrul Harvard, condusă de profesorul Federico Capasso, a creat metasuprafețe special concepute—dispozitive plate gravate cu modele la scară nanometrică ce manipulează lumina—care funcționează ca înlocuitori ultra-subțiri pentru configurațiile optice voluminoase din sistemele cuantice. Rezultatele lor au fost publicate în Science pe 24 iulie 2025, într-un articol intitulat „Metasurface quantum graphs for generalized Hong-Ou-Mandel interference”.
„Introducem un avantaj tehnologic major în ceea ce privește rezolvarea problemei scalabilității”, explică doctorandul Kerolos M.A. Yousef, primul autor al lucrării. „Acum putem miniaturiza o întreagă configurație optică într-o singură metasuprafață, foarte stabilă și robustă.”
Sistemele fotonice cuantice convenționale se bazează pe rețele complexe de lentile, oglinzi și separatoare de fascicul pentru a manipula fotonii și a crea stările încurcate necesare calculului cuantic. Aceste sisteme devin tot mai greu de gestionat pe măsură ce sunt adăugate componente, ceea ce face dificilă construirea unor computere cuantice practice. Inovația echipei de la Harvard comprimă toate aceste componente într-un singur aranjament plat de elemente sublungime de undă care controlează lumina cu o precizie remarcabilă.
O inovație-cheie a fost aplicarea de către echipă a teoriei grafurilor—o ramură a matematicii ce folosește puncte și linii pentru a reprezenta conexiuni—pentru a proiecta metasuprafețe capabile să controleze proprietăți precum luminozitatea, faza și polarizarea fotonilor. Această abordare le-a permis să cartografieze vizual modul în care fotonii interferează între ei și să prezică rezultatele experimentale, făcând proiectarea stărilor cuantice complexe mai intuitivă.
„Cu abordarea bazată pe grafuri, proiectarea metasuprafeței și starea cuantică optică devin două fețe ale aceleiași monede”, notează cercetătorul Neal Sinclair, colaborator în proiect.
Metasuprafețele rezultate oferă numeroase avantaje față de configurațiile convenționale: nu necesită aliniere complicată, sunt robuste la perturbații de mediu, pot fi fabricate cu tehnici standard din industria semiconductorilor și minimizează pierderile optice—un factor critic pentru menținerea integrității informației cuantice.
Dincolo de calculul cuantic, această tehnologie ar putea avansa domeniul detecției cuantice și ar putea permite capabilități de tip „laborator pe cip” pentru cercetarea științifică fundamentală. Lucrarea reprezintă un pas important către computere și rețele cuantice practice, funcționale la temperatura camerei, care au fost mult timp dificil de implementat comparativ cu alte platforme cuantice.
Cercetarea a fost finanțată de Air Force Office of Scientific Research și realizată la Harvard's Center for Nanoscale Systems, cu o colaborare esențială din partea echipei de optică cuantică și fotonică integrată condusă de profesorul Marko Lončar.