پژوهشگران دانشگاه هاروارد موفق شدند با ساخت یک چیپ فوق‌نازک نانوساختاری که به آن متاسرفیس (metasurface) گفته می‌شود، انقلابی در فوتونیک کوانتومی ایجاد کنند. این چیپ می‌تواند جایگزین تمام اجزای حجیم نوری مانند آینه‌ها، لنزها و تقسیم‌کننده‌های پرتو (beam splitters) شود و عملیات کوانتومی پیچیده را در دمای اتاق اجرا کند—بدون نیاز به تنظیمات مکانیکی یا اپتیکی.

متاسرفیس‌ها، صفحات نازکی هستند که با الگوهای نانویی خاص، نور را در مقیاس زیر طول‌موج کنترل می‌کنند. در این پروژه، تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور فدریکو کاپاسو توانستند با استفاده از این فناوری، فوتون‌ها را در حالت‌های درهم‌تنیده قرار دهند و عملیات کوانتومی را روی یک سطح نازک‌تر از تار مو انجام دهند.

یکی از چالش‌های اصلی در طراحی این چیپ، افزایش نمایی مسیرهای تداخل فوتون‌ها با اضافه شدن هر فوتون جدید بود. برای حل این مشکل، پژوهشگران از نظریه‌ی گراف استفاده کردند—شاخه‌ای از ریاضیات که روابط بین اجزا را با نقاط و خطوط نمایش می‌دهد. با مدل‌سازی حالت‌های درهم‌تنیده فوتون‌ها به‌صورت گراف، آن‌ها توانستند رفتار فوتون‌ها را پیش‌بینی کرده و طراحی متاسرفیس را بهینه کنند.

این چیپ نه‌تنها پایدار و مقاوم در برابر خطاست، بلکه ساخت آن ساده‌تر و ارزان‌تر از سیستم‌های نوری سنتی است. به گفته‌ی نویسنده‌ی اول مقاله، کرولوس یوسف: «ما توانستیم کل یک میز آزمایش نوری را روی یک سطح کوچک فشرده کنیم—و این یعنی جهشی بزرگ در مقیاس‌پذیری فوتونیک کوانتومی.»

این دستاورد می‌تواند مسیر ساخت کامپیوترهای کوانتومی، حسگرهای کوانتومی، و حتی آزمایشگاه‌های روی چیپ را هموار کند. پژوهش در مجله‌ی Science منتشر شده و توسط دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی آمریکا (AFOSR) حمایت شده است.


https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw8404


🆔 @QuantumProgramming
🆔 http://instagram.com/Quantum.Programming