Para peneliti telah menghasilkan, menyimpan, dan mengambil informasi kuantum untuk pertama kalinya, sebuah langkah penting dalam jaringan kuantum.
Kemampuan untuk berbagi informasi kuantum sangat penting untuk mengembangkan jaringan kuantum untuk komputasi terdistribusi dan komunikasi yang aman. Komputasi kuantum akan berguna untuk memecahkan beberapa jenis masalah penting, seperti mengoptimalkan risiko finansial, mendekripsi data, merancang molekul, dan mempelajari sifat-sifat material.
Namun, perkembangan ini terhambat karena informasi kuantum dapat hilang ketika ditransmisikan dalam jarak jauh. Salah satu cara untuk mengatasi hambatan ini adalah dengan membagi jaringan menjadi segmen-segmen yang lebih kecil dan menghubungkan semuanya dengan keadaan kuantum bersama.
Untuk melakukan hal ini diperlukan sarana untuk menyimpan informasi kuantum dan mengambilnya kembali: yaitu perangkat memori kuantum. Ini harus 'berbicara' dengan perangkat lain yang memungkinkan terciptanya informasi kuantum.
Untuk pertama kalinya, para peneliti telah menciptakan sistem yang menghubungkan dua komponen utama ini dan menggunakan serat optik biasa untuk mengirimkan data kuantum.
Prestasi tersebut dicapai oleh para peneliti di Imperial College London, Universitas Southampton, dan Universitas Stuttgart dan Wurzburg di Jerman, dan hasilnya dipublikasikan di Kemajuan ilmu pengetahuan.
Sarah Thomas, dari Departemen Fisika di Imperial College London, mengatakan, “Menghubungkan dua perangkat utama secara bersamaan merupakan langkah maju yang penting dalam memungkinkan jaringan kuantum, dan kami sangat bersemangat menjadi tim pertama yang melakukannya. mampu menunjukkan hal ini.”
Rekan penulis pertama Lukas Wagner, dari Universitas Stuttgart, menambahkan, “Mengizinkan lokasi jarak jauh, dan bahkan komputer kuantum, untuk terhubung adalah tugas penting untuk jaringan kuantum di masa depan.”
Komunikasi jarak jauh
Dalam telekomunikasi biasa—seperti internet atau saluran telepon—informasi dapat hilang dalam jarak yang jauh. Untuk mengatasi hal ini, sistem ini menggunakan 'repeater' pada titik-titik reguler, yang membaca dan memperkuat kembali sinyal, memastikan sinyal sampai ke tujuannya dengan utuh.
Namun, repeater klasik tidak dapat digunakan dengan informasi kuantum, karena segala upaya untuk membaca dan menyalin informasi akan menghancurkannya. Ini merupakan keuntungan di satu sisi, karena koneksi kuantum tidak dapat 'disadap' tanpa merusak informasi dan memperingatkan pengguna. Namun, ini merupakan tantangan yang harus diatasi untuk jaringan kuantum jarak jauh.
Salah satu cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan berbagi informasi kuantum dalam bentuk partikel cahaya atau foton yang terjerat. Foton-foton yang terjerat berbagi properti sedemikian rupa sehingga Anda tidak dapat memahami yang satu tanpa yang lain. Untuk berbagi keterjeratan jarak jauh melalui jaringan kuantum, Anda memerlukan dua perangkat: satu untuk membuat foton yang terjerat dan satu lagi untuk menyimpannya dan memungkinkannya diambil nanti.
Ada beberapa perangkat yang digunakan untuk membuat informasi kuantum dalam bentuk foton yang terjerat dan untuk menyimpannya, namun keduanya menghasilkan foton ini sesuai permintaan dan memiliki memori kuantum yang kompatibel untuk menyimpannya telah lama luput dari perhatian para peneliti.
Foton memiliki panjang gelombang tertentu (yang, dalam cahaya tampak, menghasilkan warna berbeda), namun perangkat untuk membuat dan menyimpannya sering kali disetel untuk bekerja dengan panjang gelombang berbeda, sehingga mencegahnya saling berinteraksi.
Untuk membuat antarmuka perangkat, tim membuat sistem di mana kedua perangkat menggunakan panjang gelombang yang sama. Sebuah 'titik kuantum' menghasilkan foton (tidak terjerat), yang kemudian diteruskan ke sistem memori kuantum yang menyimpan foton dalam awan atom rubidium. Sebuah laser menghidupkan dan mematikan memori, sehingga foton dapat disimpan dan dilepaskan sesuai permintaan.
Tidak hanya panjang gelombang kedua perangkat ini yang cocok, namun juga memiliki panjang gelombang yang sama dengan jaringan telekomunikasi yang digunakan saat ini—memungkinkan transmisi menggunakan kabel serat optik biasa yang akrab dengan koneksi internet sehari-hari.
kolaborasi Eropa
Sumber cahaya quantum dot diciptakan oleh para peneliti di Universitas Stuttgart dengan dukungan dari Universitas Wurzburg dan kemudian dibawa ke Inggris untuk dihubungkan dengan perangkat memori kuantum yang dibuat oleh tim Imperial dan Southampton. Sistem ini dirakit di laboratorium bawah tanah di Imperial College London.
Meskipun titik-titik kuantum independen dan memori kuantum telah diciptakan lebih efisien daripada sistem baru, ini adalah bukti pertama bahwa perangkat dapat dibuat untuk berinteraksi pada panjang gelombang telekomunikasi.
Tim sekarang akan berupaya memperbaiki sistem, termasuk memastikan semua foton diproduksi pada panjang gelombang yang sama, meningkatkan durasi penyimpanan foton, dan membuat keseluruhan sistem menjadi lebih kecil.
Namun, sebagai bukti konsep, ini merupakan langkah maju yang penting, kata rekan penulis Dr. Patrick Ledingham dari Universitas Southampton. “Anggota komunitas kuantum telah secara aktif mencoba hubungan ini selama beberapa waktu. Ini termasuk kami, yang telah mencoba eksperimen ini dua kali sebelumnya dengan memori dan perangkat quantum dot yang berbeda, selama lebih dari lima tahun, yang menunjukkan betapa sulitnya melakukannya.”
“Terobosan kali ini adalah mengumpulkan para ahli untuk mengembangkan dan menjalankan setiap bagian eksperimen dengan peralatan khusus dan bekerja sama untuk menyinkronkan perangkat.”