Impian internet kuantum semakin dekat setelah terobosan membantu mengirimkan informasi melalui jaringan serat optik
Para ilmuwan telah membangun qubit molekuler jenis baru yang dapat membantu menghubungkan komputer kuantum melalui teknologi telekomunikasi yang ada – meletakkan dasar bagi internet kuantum masa depan.
Yang baru qubit mengandung unsur tanah jarang yang disebut erbiumyang memiliki sifat optik dan magnetik yang memungkinkannya mengirimkan informasi kuantum menggunakan panjang gelombang yang sama dengan jaringan serat optik.
Tim mempublikasikan temuan mereka pada 2 Oktober di jurnal Sains. Di sebuah penyataanmereka menyebut teknologi tersebut sebagai “sebuah landasan baru yang menjanjikan untuk teknologi kuantum yang dapat diskalakan,” mulai dari tautan komunikasi yang sangat aman hingga jaringan komunikasi jarak jauh. komputer kuantum — sering disebut sebagai internet kuantum.
Banyak penelitian telah dilakukan untuk membangun teknologi yang diperlukan untuk internet kuantum, termasuk a chip baru yang dibuat pada bulan September yang membantu memancarkan sinyal kuantum melalui kabel serat optik dunia nyata. Dalam studi baru tersebut, para peneliti fokus pada pembuatan qubit jenis baru yang dapat membantu mengirimkan data.
“Dengan menunjukkan keserbagunaan qubit molekuler erbium ini, kami mengambil langkah lain menuju jaringan kuantum terukur yang dapat dihubungkan langsung ke infrastruktur optik saat ini,” David Avshalompeneliti utama studi tersebut dan seorang profesor teknik molekuler dan fisika di Universitas Chicago, mengatakan dalam pernyataan itu.
Jenis qubit yang berbeda
Qubit adalah bentuk paling dasar dari informasi kuantum dan berfungsi sebagai kuantum yang setara dengan bit dalam komputasi klasik.
Namun, di situlah perbandingannya berakhir. Jika bit klasik dihitung dalam biner 1 dan 0, qubit berperilaku sesuai dengan aturan fisika kuantum yang aneh, sehingga memungkinkan bit tersebut berada dalam beberapa keadaan sekaligus — sebuah properti yang dikenal sebagai superposisi. Oleh karena itu, sepasang qubit dapat menjadi 0-0, 0-1, 1-0, dan 1-1 secara bersamaan.
Qubit biasanya hadir dalam tiga bentuk: superkonduktor qubit, yang terbuat dari sirkuit listrik kecil; ion yang terperangkap qubit, yang menyimpan informasi dalam atom bermuatan yang ditahan oleh medan elektromagnetik; Dan fotonik qubit, yang mengkodekan keadaan kuantum dalam partikel cahaya.
Qubit molekuler menggunakan molekul individual, sering kali dibangun di sekitar logam tanah jarang yang putaran elektron mendefinisikan keadaan kuantumnya. Putaran ini memberikan elektron yang kecil medan magnetarah yang menentukan nilai qubit. Seperti bit biasa, bit ini dapat mewakili 1, 0, namun dapat juga merupakan superposisi dari kedua keadaan.
Apa yang membuat qubit baru berbasis erbium ini unik adalah ia berperilaku seperti qubit spin dan qubit fotonik; itu dapat menyimpan informasi secara magnetis saat dibacakan menggunakan sinyal optik.
Dalam sebuah percobaan, para peneliti menunjukkan bahwa putaran atom erbium dapat ditempatkan dalam superposisi terkontrol – sebuah persyaratan utama agar qubit berfungsi. Karena keadaan putaran mempengaruhi panjang gelombang cahaya yang dipancarkan atom, tim dapat membaca keadaan kuantum qubit menggunakan teknik standar seperti spektroskopi optik.
“Molekul-molekul ini dapat bertindak sebagai jembatan berskala nano antara dunia magnet dan dunia optik,” Leah Weisssalah satu penulis pertama makalah ini dan sarjana pascadoktoral di Sekolah Teknik Molekuler Pritzker Universitas Chicago, mengatakan dalam pernyataan itu. “Informasi dapat dikodekan dalam keadaan magnetik suatu molekul dan kemudian diakses dengan cahaya pada panjang gelombang yang kompatibel dengan teknologi yang dikembangkan dengan baik yang mendasari jaringan serat optik dan sirkuit fotonik silikon.”
Data kuantum jarak jauh
Beroperasi di telekomunikasi panjang gelombang memberikan dua keuntungan utama, yang pertama adalah sinyal dapat menempuh jarak jauh dengan kerugian minimal — penting untuk transmisi data kuantum melalui jaringan fiber.
Yang kedua adalah cahaya pada panjang gelombang serat optik dapat melewatinya dengan mudah silikon. Jika tidak, data apa pun yang dikodekan dalam sinyal optik akan diserap dan hilang. Karena sinyal optik dapat melewati silikon ke detektor atau komponen fotonik lainnya yang tertanam di bawahnya, qubit berbasis erbium sangat ideal untuk perangkat keras berbasis chip, kata para peneliti.
“Panjang gelombang telekomunikasi menawarkan tingkat kehilangan terendah untuk cahaya yang merambat melalui serat optik. Ini sangat penting jika Anda ingin mengirimkan informasi yang dikodekan dalam satu foton (satu partikel cahaya) ke luar laboratorium dengan andal,” kata Awschalom kepada Live Science melalui email.
Skala adalah manfaat lainnya, jelas Awschalom. Setiap qubit dibangun dari satu molekul yang berukuran sekitar 100.000 kali lebih kecil dari rambut manusia. Karena strukturnya dapat disetel melalui kimia sintetikqubit molekuler dapat diintegrasikan ke dalam lingkungan yang tidak dapat diintegrasikan oleh orang lain — termasuk perangkat solid-state atau bahkan di dalam sel hidup.
Tingkat kendali ini dapat membantu mengatasi salah satu tantangan teknik komputasi kuantum terbesar: membangun kompatibilitas kuantum langsung ke dalam teknologi yang ada.
“Integrasi adalah langkah kunci dalam meningkatkan teknologi dan merupakan tantangan luar biasa di lapangan,” kata Awschalom. “Kami sedang berupaya mengintegrasikan qubit ini ke dalam perangkat on-chip dan percaya bahwa ini akan membuka cara baru dalam mengendalikan, mendeteksi, dan menggabungkan molekul.”
