Harvard’lı bilim insanları, kuantum bilgisayarlarda kuantum bilgisinin işlenme ve iletilme şeklini dönüştürebilecek metayüzeyler geliştirerek önemli bir atılım gerçekleştirdi.
Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’ndan Profesör Federico Capasso liderliğindeki araştırma ekibi, nano ölçekli ışık yönlendiren desenlerle işlenmiş düz cihazlar olan özel tasarım metayüzeyler üretti. Bu metayüzeyler, hacimli kuantum optik düzeneklerin yerini alabilen ultra-ince çözümler sunuyor. Bulgular, 24 Temmuz 2025’te Science dergisinde "Genelleştirilmiş Hong-Ou-Mandel girişimi için metayüzey kuantum grafikleri" başlıklı makalede yayımlandı.
"Ölçeklenebilirlik sorununu çözmede büyük bir teknolojik avantaj sunuyoruz," diyor makalenin ilk yazarı yüksek lisans öğrencisi Kerolos M.A. Yousef. "Artık tüm bir optik düzeneği çok stabil ve sağlam tek bir metayüzeye küçültebiliyoruz."
Geleneksel kuantum fotonik sistemlerde, fotonları yönlendirmek ve kuantum bilişim için gerekli dolanık durumları oluşturmak amacıyla karmaşık lens, ayna ve ışık ayırıcı ağları kullanılır. Bu sistemlere daha fazla bileşen eklendikçe kurulumlar hantallaşır ve pratik kuantum bilgisayarlar inşa etmek zorlaşır. Harvard ekibinin yeniliği, tüm bu bileşenleri, ışığı olağanüstü hassasiyetle kontrol eden tek bir düz, dalga boyundan küçük eleman dizisine indiriyor.
Ekip, fotonların parlaklık, faz ve polarizasyon gibi özelliklerini kontrol edebilen metayüzeyler tasarlamak için matematiğin noktalar ve çizgilerle bağlantıları temsil eden dalı olan grafik kuramını uygulayarak önemli bir yeniliğe imza attı. Bu yaklaşım, fotonların nasıl girişim yaptığını görsel olarak haritalamalarını ve deneysel sonuçları öngörmelerini sağladı; böylece karmaşık kuantum durumlarının tasarımını daha sezgisel hale getirdi.
"Grafik yaklaşımıyla, metayüzey tasarımı ve optik kuantum durumu aynı madalyonun iki yüzü oluyor," diyor projede yer alan araştırmacı Neal Sinclair.
Ortaya çıkan metayüzeyler, geleneksel düzeneklere göre birçok avantaj sunuyor: Karmaşık hizalamalar gerektirmiyor, çevresel etkilere karşı dayanıklı, standart yarı iletken teknikleriyle üretilebiliyor ve optik kayıpları en aza indiriyor—ki bu, kuantum bilgisinin bütünlüğünü korumak için kritik önemde.
Bu teknoloji, kuantum bilişimin ötesinde, kuantum algılama ve temel bilimsel araştırmalar için “çip üzerinde laboratuvar” yeteneklerini de mümkün kılabilir. Çalışma, uzun süredir diğer kuantum platformlarına kıyasla uygulanması zor olan pratik oda sıcaklığında çalışan kuantum bilgisayarlar ve ağlara doğru önemli bir adım niteliğinde.
Araştırma, Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi tarafından finanse edildi ve Harvard Nano Ölçekli Sistemler Merkezi’nde, Profesör Marko Lončar’ın kuantum optik ve entegre fotonik ekibiyle yakın iş birliği içinde yürütüldü.