Para peneliti di Institut Niels Bohr Universitas Kopenhagen telah mengembangkan cara baru untuk menciptakan memori kuantum: Sebuah drum kecil dapat menyimpan data yang dikirim dengan cahaya dalam getaran soniknya, dan kemudian meneruskan data tersebut dengan sumber cahaya baru bila diperlukan lagi. Hasilnya menunjukkan bahwa memori mekanis untuk data kuantum dapat menjadi strategi yang membuka jalan bagi internet yang sangat aman dengan kecepatan luar biasa.
Penelitian ini dipublikasikan di jurnal Physical Review Letters.
Tepat di bawah kantor lama Niels Bohr terdapat ruang bawah tanah di mana meja-meja yang berserakan ditutupi dengan cermin kecil, laser, dan kumpulan semua jenis perangkat yang dihubungkan oleh jaringan kabel dan tumpukan pita perekat. Sepertinya proyek anak-anak sudah keterlaluan, proyek yang orangtuanya sia-siakan untuk membuat mereka membereskannya.
Meskipun sulit bagi mata yang tidak terlatih untuk melihat bahwa tabel-tabel ini sebenarnya adalah rumah bagi serangkaian proyek penelitian terkemuka di dunia, hal-hal penting terjadi di dunia yang sangat kecil sehingga hukum Newton pun tidak berlaku. Di sinilah pewaris fisika kuantum Niels Bohr mengembangkan teknologi kuantum paling mutakhir.
Salah satu proyek ini menonjol—setidaknya bagi fisikawan—karena fakta bahwa alat yang terlihat dengan mata telanjang mampu mencapai keadaan kuantum. Drum kuantum adalah membran kecil yang terbuat dari bahan keramik seperti kaca dengan lubang-lubang tersebar dalam pola rapi di sepanjang tepinya.
Ketika drum dipukul dengan cahaya laser, drum tersebut mulai bergetar, dan melakukannya dengan sangat cepat dan tanpa gangguan sehingga mekanika kuantum ikut berperan. Properti ini telah lama menimbulkan kehebohan dengan membuka sejumlah kemungkinan teknologi kuantum.
Kini, kolaborasi di berbagai bidang kuantum di Institut telah menunjukkan bahwa drum juga dapat memainkan peran penting bagi jaringan komputer kuantum masa depan. Seperti alkemis modern, para peneliti telah menciptakan bentuk baru “memori kuantum” dengan mengubah sinyal cahaya menjadi getaran sonik.
Dalam artikel penelitian mereka yang baru saja diterbitkan, para peneliti telah membuktikan bahwa data kuantum dari komputer kuantum yang dipancarkan sebagai sinyal cahaya—misalnya, melalui jenis kabel serat optik yang sudah digunakan untuk koneksi internet berkecepatan tinggi—dapat disimpan sebagai getaran di dalam ruangan. drum dan kemudian diteruskan.
Eksperimen sebelumnya telah menunjukkan kepada para peneliti bahwa membran dapat tetap berada dalam keadaan kuantum yang rapuh. Atas dasar ini, mereka percaya bahwa drum harus mampu menerima dan mengirimkan data kuantum tanpa perlu “decohering”, yaitu kehilangan status kuantumnya ketika komputer kuantum sudah siap.
“Ini membuka perspektif besar tentang masa ketika komputer kuantum benar-benar dapat melakukan apa yang kita harapkan. Memori kuantum kemungkinan besar menjadi dasar pengiriman informasi kuantum jarak jauh. Jadi, apa yang kami kembangkan merupakan bagian penting dalam fondasi internet masa depan dengan kecepatan kuantum dan keamanan kuantum,” kata Mads Bjerregaard Kristensen dari Niels Bohr Institute, penulis utama artikel penelitian baru, pascadoktoral.
Sangat cepat, sangat aman
Saat mentransfer informasi antara dua komputer kuantum dalam jarak jauh—atau di antara banyak komputer kuantum dalam internet kuantum—sinyal akan dengan cepat ditenggelamkan oleh noise. Jumlah kebisingan pada kabel serat optik meningkat secara eksponensial semakin panjang kabelnya. Pada akhirnya, data tidak dapat lagi didekodekan.
Internet klasik dan jaringan komputer besar lainnya memecahkan masalah kebisingan ini dengan memperkuat sinyal di stasiun-stasiun kecil di sepanjang rute transmisi. Namun agar komputer kuantum dapat menerapkan metode analog, pertama-tama mereka harus menerjemahkan data ke dalam sistem bilangan biner biasa, seperti yang digunakan oleh komputer biasa.
Ini tidak akan berhasil. Melakukan hal ini akan memperlambat jaringan dan membuatnya rentan terhadap serangan siber, karena kecil kemungkinan perlindungan data klasik akan efektif di masa depan komputer kuantum.
“Sebaliknya, kami berharap drum kuantum mampu memikul tugas ini. Teknologi ini sangat menjanjikan karena sangat cocok untuk menerima dan mengirim ulang sinyal dari komputer kuantum. Jadi, tujuannya adalah untuk memperluas koneksi antara komputer kuantum melalui stasiun tempat drum kuantum menerima dan mengirimkan kembali sinyal, dan dengan demikian, menghindari kebisingan sekaligus menjaga data dalam keadaan kuantum,” kata Kristensen.
“Dengan melakukan hal ini, kecepatan dan keunggulan komputer kuantum, misalnya, dalam kaitannya dengan kalkulasi kompleks tertentu, akan meluas ke seluruh jaringan dan Internet, karena hal tersebut dapat dicapai dengan memanfaatkan properti seperti superposisi dan keterikatan yang unik pada keadaan kuantum.”
Jika berhasil, stasiun-stasiun tersebut juga akan dapat memperluas koneksi yang aman secara kuantum, yang kode kuantumnya juga dapat diperpanjang oleh drum. Sinyal aman ini dapat dikirim melalui berbagai jarak—baik di sekitar jaringan kuantum atau melintasi Atlantik—di internet kuantum masa depan.
Fleksibel, praktis, dan mungkin inovatif seperti RAM kuantum
Penelitian sedang dilakukan di tempat lain untuk mencari alternatif dimana sumber cahaya pembawa data diarahkan pada sistem atom dan menggeser elektron dalam atom untuk sementara, namun metode ini memiliki keterbatasan.
“Ada batasan terhadap apa yang dapat Anda lakukan dengan sistem atom, karena kita tidak dapat merancang atom atau frekuensi cahaya yang dapat berinteraksi dengan kita. Sistem mekanis kami yang relatif 'besar' memberikan lebih banyak fleksibilitas. Kita dapat mengotak-atik dan menyesuaikan diri, sehingga jika penemuan baru mengubah aturan main, ada kemungkinan besar drum kuantum dapat diadaptasi,” jelas Profesor Albert Schliesser, salah satu penulis artikel penelitian tersebut.
“Baik atau buruk, kemampuan kita sebagai penelitilah yang menentukan batas seberapa baik segala sesuatunya dapat berjalan,” jelasnya.
Drum adalah versi terbaru dan paling serius dalam memori kuantum mekanis karena menggabungkan sejumlah sifat: Drum memiliki kehilangan sinyal yang rendah—yaitu, kekuatan sinyal data dipertahankan dengan baik. Ia juga memiliki keuntungan luar biasa karena mampu menangani semua frekuensi cahaya, termasuk frekuensi yang digunakan dalam kabel cahaya serat optik yang menjadi dasar pembuatan Internet modern.
Drum kuantum juga nyaman karena data dapat disimpan dan dibaca kapan pun diperlukan. Dan rekor waktu memori 23 milidetik yang telah dicapai oleh para peneliti membuatnya jauh lebih mungkin terjadi teknologi suatu hari nanti mungkin menjadi landasan bagi sistem jaringan kuantum serta perangkat keras dalam komputer kuantum.
“Kami keluar lebih awal dengan penelitian ini. Komputasi dan komunikasi kuantum masih dalam tahap awal pengembangan, namun dengan memori yang kita peroleh, kita dapat berspekulasi bahwa drum kuantum suatu hari nanti akan digunakan sebagai sejenis RAM kuantum, semacam memori kerja sementara untuk informasi kuantum. . Dan itu akan menjadi terobosan,” kata sang profesor.