ஹார்வர்டு விஞ்ஞானிகள், குவாண்டம் தகவலை செயலாக்கும் மற்றும் பரிமாறும் முறையில் புரட்சி ஏற்படுத்தக்கூடிய மெட்டாசர்ஃபேஸ்களை உருவாக்கி, குவாண்டம் கணிப்பொறியில் முக்கியமான முன்னேற்றத்தை அடைந்துள்ளனர்.
ஹார்வர்டு ஜான் ஏ. பவுல்சன் பொறியியல் மற்றும் பயன்பாட்டு அறிவியல் பள்ளியில், பேராசிரியர் பெடெரிகோ கப்பாசோ தலைமையிலான ஆராய்ச்சி குழு, நானோ அளவில் ஒளியை கட்டுப்படுத்தும் வடிவமைப்புகளுடன் கூடிய மெட்டாசர்ஃபேஸ்களை உருவாக்கியுள்ளது. இவை, பாரம்பரியமாக பயன்படுத்தப்படும் பெரிய குவாண்டம் ஒளி அமைப்புகளை மாற்றும் வகையில், மிக மெல்லிய மற்றும் தட்டையான சாதனங்களாகும். இவர்களின் கண்டுபிடிப்பு, 2025 ஜூலை 24ஆம் தேதி Science இதழில் 'Metasurface quantum graphs for generalized Hong-Ou-Mandel interference' என்ற தலைப்பில் வெளியிடப்பட்டது.
"அளவீட்டு சவாலுக்கு தீர்வு காணும் வகையில், இது ஒரு பெரிய தொழில்நுட்ப முன்னேற்றம்," என்கிறார் முதன்மை ஆசிரியர் மாணவர் கெரோலோஸ் எம்.ஏ. யூசேஃப். "இப்போது, முழு ஒளி அமைப்பையும் ஒரே மெட்டாசர்ஃபேஸில் சுருக்கி, மிகவும் நிலையான மற்றும் வலுவானதாக மாற்ற முடிகிறது."
பாரம்பரிய குவாண்டம் ஃபோட்டானிக் அமைப்புகள், ஃபோட்டான்களை கட்டுப்படுத்தவும், குவாண்டம் கணிப்பொறிக்கு தேவையான இணைக்கப்பட்ட நிலைகளை உருவாக்கவும், பல்வேறு லென்ஸ்கள், கண்ணாடிகள் மற்றும் பீம் ஸ்பிளிட்டர்கள் போன்ற சிக்கலான கூறுகளை பயன்படுத்துகின்றன. கூறுகள் அதிகரிக்கும் போது, அமைப்புகள் அதிகம் சிக்கலாகி, நடைமுறை குவாண்டம் கணிப்பொறிகளை உருவாக்குவது கடினமாகிறது. ஹார்வர்டு குழுவின் கண்டுபிடிப்பு, இந்த அனைத்து கூறுகளையும் ஒரே தட்டையான, நுண்ணிய அளவிலான வடிவமைப்பில் ஒருங்கிணைத்து, ஒளியை மிகத் துல்லியமாக கட்டுப்படுத்துகிறது.
இந்த முயற்சியில் முக்கியமான புதுமை, கிராப் தியரியின் பயன்பாடு. இது, புள்ளிகள் மற்றும் கோடுகளை பயன்படுத்தி தொடர்புகளை விளக்கும் கணிதத் துறை. இதன் மூலம், ஃபோட்டான்களின் பிரகாசம், கட்டம் மற்றும் துருவாக்கம் போன்ற பண்புகளை கட்டுப்படுத்தக்கூடிய மெட்டாசர்ஃபேஸ்களை வடிவமைக்க முடிந்தது. இந்த அணுகுமுறை, ஃபோட்டான்கள் எப்படி ஒன்றுடன் ஒன்று தொடர்பு கொண்டு, பரிசோதனையின் முடிவுகள் எப்படி அமையும் என்பதை பார்வையிடவும், சிக்கலான குவாண்டம் நிலைகளை எளிதாக வடிவமைக்கவும் உதவியது.
"கிராப் அணுகுமுறையுடன், மெட்டாசர்ஃபேஸ் வடிவமைப்பு மற்றும் ஒளி குவாண்டம் நிலை இரண்டும் ஒரே நாணயத்தின் இரு பக்கங்கள் போல ஆகின்றன," என்கிறார் ஆராய்ச்சி விஞ்ஞானி நீல் சின்கிளேர்.
இந்த மெட்டாசர்ஃபேஸ்கள், பாரம்பரிய அமைப்புகளை விட பல நன்மைகளை வழங்குகின்றன: சிக்கலான சீரமைப்புகள் தேவையில்லை, சுற்றுச்சூழல் மாற்றங்களுக்கு எதிராக வலுவாக உள்ளன, சாதாரண அரைமூலக் கடத்தி தொழில்நுட்பங்களால் தயாரிக்க முடியும், மற்றும் ஒளி இழப்பை குறைக்கும் — இது குவாண்டம் தகவல் முழுமையை பாதுகாக்க மிகவும் முக்கியமானது.
குவாண்டம் கணிப்பொறியைத் தாண்டி, இந்த தொழில்நுட்பம் குவாண்டம் உணர்வு (quantum sensing) மற்றும் அடிப்படை அறிவியல் ஆராய்ச்சிக்கான 'lab-on-a-chip' திறன்களை வழங்கக்கூடும். இது, அறை வெப்பநிலையில் செயல்படும் நடைமுறை குவாண்டம் கணிப்பொறிகள் மற்றும் நெட்வொர்க்குகளை உருவாக்கும் நோக்கில் ஒரு முக்கியமான முன்னேற்றமாகும்; இது, மற்ற குவாண்டம் தளங்களுடன் ஒப்பிடும்போது, நீண்ட காலமாக சவாலாக இருந்து வந்தது.
இந்த ஆராய்ச்சி, அமெரிக்க விமானப்படை அறிவியல் ஆராய்ச்சி அலுவலகத்தால் நிதியளிக்கப்பட்டது மற்றும் ஹார்வர்டு நானோ அளவிலான அமைப்புகள் மையத்தில் மேற்கொள்ளப்பட்டது. இதில், பேராசிரியர் மார்கோ லொன்சார் தலைமையிலான குவாண்டம் ஒளி மற்றும் ஒருங்கிணைந்த ஃபோட்டானிக்ஸ் குழுவின் முக்கியமான ஒத்துழைப்பு இருந்தது.