Modem Internet Kuantum Masa Depan Dikembangkan Para Ilmuwan

Modem Internet Kuantum Masa Depan Dikembangkan Para Ilmuwan

Para peneliti telah mengembangkan dan mendemonstrasikan fungsi dasar dari modem kuantum untuk keperluan internet kuantum di masa depan. Setidaknya, ini dapat diintegrasikan ke dalam jaringan serat optik telekomunikasi yang telah ada saat ini.

Revolusi kuantum pertama menghasilkan elektronik semikonduktor, laser, dan terakhir internet. Revolusi kuantum kedua yang akan datang menjanjikan komunikasi antispy, sensor kuantum yang sangat presisi. Juga, komputer kuantum untuk tugas komputasi yang sebelumnya tidak dapat diselesaikan.

Tapi revolusi ini masih dalam tahap awal. Objek penelitian sentral adalah antarmuka antara perangkat kuantum lokal dan kuantum cahaya. Memungkinkan transmisi informasi kuantum yang sangat sensitif dari jarak jauh.

Kelompok Otto-Hahn “Jaringan Kuantum” di Institut Optik Kuantum Max-Planck di Garching sedang meneliti “modem kuantum” semacam itu. Tim tersebut kini telah mencapai terobosan pertama dalam teknologi yang relatif sederhana namun sangat efisien. Dapat diintegrasikan ke dalam jaringan serat optik yang ada. Karya tersebut telah diterbitkan di jurnal Physical Review X.

Bisakah internet kuantum menjadi inovasi besar berikutnya dari fisika?

Masih terlalu dini untuk menjawab pertanyaan itu. Tetapi penelitian dasar internet kuantum sedang dilakukan. Banyak aplikasi akan lebih terspesialisasi dan kurang sensual daripada konferensi video. Tetapi pentingnya komunikasi jarak jauh yang benar-benar aman dapat dipahami oleh semua orang.

“Di masa depan, internet kuantum dapat digunakan untuk menghubungkan komputer kuantum yang terletak di tempat berbeda. Di mana akan sangat meningkatkan daya komputasinya” kata Andreas Reiserer. 

Fisikawan yang mengepalai kelompok penelitian independen Otto-Hahn “Jaringan Kuantum” di Institut Optik Kuantum Max-Planck di Garching.

Dengan demikian, internet kuantum pada dasarnya adalah tentang teknologi baru jaringan global yang membuat penggunaan fisika kuantum lebih konsekuen daripada sebelumnya. 

Namun, ini membutuhkan antarmuka yang sesuai untuk informasi kuantum yang sangat sensitif. Ini adalah tantangan teknis yang sangat besar. Itulah sebabnya antarmuka semacam itu menjadi fokus utama dari sebuah penelitian fundamental.

Mereka harus memastikan bahwa bit kuantum stasioner — singkatnya qubit — berinteraksi secara efisien dengan qubit “terbang” untuk komunikasi jarak jauh tanpa merusak informasi kuantum. 

Qubit stasioner akan ditempatkan di perangkat lokal, misalnya sebagai memori atau prosesor dari komputer kuantum. Qubit terbang biasanya adalah kuanta cahaya, foton, yang mengangkut informasi kuantum melalui udara, ruang hampa atau melalui jaringan serat optik.

Koneksi halus antara bit kuantum

“Modem kuantum” dirancang untuk secara efisien membuat koneksi antara qubit terbang dan stasioner. Untuk tujuan ini, Benjamin Merkel bersama timnya telah mengembangkan sebuah teknologi baru. 

Dan baru saja mendemonstrasikan fungsi dasarnya. Keuntungan utamanya adalah dapat diintegrasikan ke dalam jaringan serat optik telekomunikasi yang telah ada. Ini akan menjadi cara tercepat untuk memajukan jaringan teknologi kuantum jarak jauh yang berfungsi.

Agar sistem ini berfungsi, foton yang dikirim atau diterima oleh modem sebagai pembawa informasi kuantum harus disesuaikan secara tepat dengan panjang gelombang inframerah dari sinar laser yang digunakan untuk telekomunikasi. 

Ini berarti modem harus memiliki qubit stasioner yang dapat bereaksi secara tepat terhadap foton inframerah ini dengan lompatan kuantum. Hanya dengan cara ini informasi kuantum sensitif dapat dikirim langsung antara qubit stasioner (diam) dan qubit terbang.

Penelitian ekstensif oleh kelompok berbasis Garching menunjukkan bahwa unsur erbium paling cocok untuk tujuan ini. Elektronnya dapat melakukan lompatan kuantum yang sangat cocok. Sayangnya, atom erbium sangat enggan melakukan lompatan kuantum ini. 

Oleh karena itu, mereka harus terpaku pada lingkungan yang memaksa mereka untuk bereaksi lebih cepat. Untuk mengatasi masalah ini, atom erbium dan foton inframerah dikunci di ruang yang sesuai selama mungkin. “Anda dapat menganggapnya sebagai sebuah pesta, yang seharusnya merangsang komunikasi terbaik antara, katakanlah, sepuluh tamu,” jelas Reiserer.

Ukuran ruangan sangat penting di sini. “Di stadion sepak bola para tamu akan tersesat, kotak telepon pada gilirannya akan terlalu kecil,” lanjut fisikawan itu, “tetapi ruang tamu akan baik-baik saja.”

Pesta, bagaimanapun, akan segera berakhir karena foton bergerak dengan kecepatan cahaya dan karena itu sangat mudah berubah dan selalu tergoda untuk pergi. Inilah sebabnya mengapa modem kuantum Garching menggunakan lemari cermin kecil sebagai “ruang tamu”. 

Kemudian, tim mengemas atom menjadi kristal transparan yang terbuat dari senyawa yttrium silikat, yang lima kali lebih tipis dari rambut manusia. Kristal ini, pada gilirannya, ditempatkan seperti roti lapis yang tersebar di antara dua cermin yang hampir sempurna. 

Untuk menghilangkan goyangan panas atom, yang merusak informasi kuantum, seluruh ansambel didinginkan hingga minus 271 ° C.

Ping-pong foton di lemari cermin

Foton yang terperangkap di antara cermin dipantulkan bolak-balik melalui kristal seperti bola ping-pong. Mereka melewati atom erbium begitu sering sehingga atom memiliki cukup waktu untuk bereaksi dengan lompatan kuantum. 

Dibandingkan dengan situasi tanpa lemari cermin, ini terjadi jauh lebih efisien dan hampir enam puluh kali lebih cepat. Karena cermin, meskipun sempurna, juga sedikit permeabel ke foton, modem dapat terhubung ke jaringan.

“Kami sangat senang dengan kesuksesan ini,” kata Reiserer. Sebagai langkah berikutnya, dia ingin meningkatkan eksperimen sedemikian rupa sehingga setiap atom erbium dapat disebut sebagai qubit melalui sinar laser. Ini bukan hanya langkah penting menuju modem kuantum yang dapat digunakan. 

Atom Erbium sebagai qubit dalam kristal bahkan dapat berfungsi secara langsung sebagai prosesor kuantum, yang merupakan bagian sentral dari komputer kuantum. Ini akan membuat modem sanagat kompatibel dengan terminal kuantum semacam itu.

Dengan solusi yang begitu elegan, “repeater kuantum” yang dibangun secara komparatif juga akan menjadi mungkin. Setiap seratus kilometer, perangkat harus mengkompensasi hilangnya informasi kuantum yang semakin meningkat yang diangkut oleh foton dalam jaringan serat optik. 

“Repeater kuantum” semacam itu juga menjadi fokus penelitian internasional. “Meskipun perangkat seperti itu yang didasarkan pada teknologi kami akan menelan biaya sekitar seratus ribu euro, penggunaan secara luas bukanlah hal yang tidak realistis,” kata Reiserer.


Modem kuantum Garching masih merupakan penelitian fundamental murni. Tetapi memiliki potensi untuk memajukan realisasi teknis dari internet kuantum.

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1