Kemajuan teknologi kuantum baru-baru ini dapat membuka jalan bagi internet kuantum berskala global, dan secara signifikan memperluas jangkauan komputer kuantum dapat berkomunikasi satu sama lain. Sebelumnya dibatasi oleh jarak, komputer kuantum dapat segera terhubung antar benua berkat metode baru dalam membangun komponen-komponen utama.
Hambatan Jarak dalam Komunikasi Kuantum
Komputer kuantum memiliki kemampuan dan kecepatan pemrosesan yang luar biasa, namun pemanfaatan kekuatan ini secara efektif memerlukan jaringan yang kuat dan saling berhubungan. Saat ini, kendala yang signifikan adalah sulitnya menghubungkan komputer-komputer ini dalam jarak jauh. Jarak maksimum komunikasi melalui kabel serat optik sebelumnya dibatasi hanya beberapa kilometer. Sebagai ilustrasi, bahkan dengan kabel fiber yang menghubungkannya, komputer kuantum di kampus South Side Universitas Chicago tidak dapat membuat koneksi dengan komputer yang terletak di Willis Tower di pusat kota Chicago.
Peningkatan Jangkauan Koneksi 200x
Penelitian yang diterbitkan hari ini di Nature Communications oleh Asisten Profesor Tian Zhong di Fakultas Teknik Molekuler Universitas Chicago Pritzker (UChicago PME) mengusulkan solusi terhadap keterbatasan ini. Metode Zhong secara teoritis memperluas jarak koneksi maksimum hingga 2.000 kilometer (1.243 mil). Perubahan ini berarti bahwa komputer kuantum UChicago yang sama yang sebelumnya tidak dapat mencapai Menara Willis kini dapat terhubung dan berkomunikasi dengan komputer kuantum di Salt Lake City, Utah.
“Untuk pertama kalinya, teknologi untuk membangun internet kuantum berskala global dapat dijangkau,” kata Zhong, yang baru-baru ini dianugerahi Sturge Prize yang bergengsi atas karyanya.
Ilmu Pengetahuan di Balik Terobosan
Menghubungkan komputer kuantum melibatkan pembentukan keterikatan kuantum antara atom-atom yang ditransmisikan melalui kabel serat. Semakin lama atom-atom yang terjerat ini mempertahankan koherensi kuantum —pada dasarnya, kemampuannya untuk mempertahankan keadaan kuantum—semakin besar jarak antar komputer yang dapat dihubungkan.
Zhong dan timnya secara signifikan meningkatkan waktu koherensi kuantum dengan meningkatkan fabrikasi atom erbium, sebuah elemen penting dalam menciptakan keterjeratan. Mereka meningkatkan waktu koherensi dari 0,1 milidetik menjadi lebih dari 10 milidetik, dengan satu kejadian mencapai 24 milidetik. Peningkatan ini secara teori memungkinkan komputer kuantum terhubung dalam jarak 4.000 kilometer—kira-kira jarak dari UChicago PME ke Ocaña, Kolombia.
Bukan Bahan Baru, Tapi Metode Baru
Inovasinya bukan pada material baru, melainkan bagaimana material tersebut dibuat. Para peneliti menggunakan teknik yang disebut molecular-beam epitaksi (MBE) alih-alih metode Czochralski tradisional untuk menciptakan kristal yang didoping tanah jarang yang diperlukan untuk keterikatan kuantum.
Metode Czochralski, jelas Zhong, seperti “melting pot” di mana bahan-bahan dicampur dan dicairkan pada suhu yang sangat tinggi (lebih dari 2.000 derajat Celcius) sebelum didinginkan secara perlahan hingga membentuk kristal. Kristal-kristal ini kemudian secara kimiawi “diukir” menjadi komponen komputer. Sebaliknya, MBE lebih mirip pencetakan 3D, membangun kristal lapis demi lapis.
“Kami memulai dari nol dan kemudian merakit perangkat ini atom demi atom,” kata Zhong. “Kualitas atau kemurnian bahan ini sangat tinggi sehingga sifat koherensi kuantum atom-atom ini menjadi luar biasa.”
Mengadaptasi Teknik yang Ada
Meskipun MBE adalah teknik yang dikenal, teknik ini belum pernah diterapkan untuk membuat jenis material doping tanah jarang yang spesifik ini. Zhong dan timnya berkolaborasi dengan Asisten Profesor Shuolong Yang di UChicago PME, seorang ahli sintesis material, untuk mengadaptasi MBE untuk tujuan ini.
Validasi Pakar
Kemajuan ini mendapat pujian dari para ahli terkemuka di bidangnya. “Pendekatan yang ditunjukkan dalam makalah ini sangat inovatif,” kata Profesor Dr. Hugues de Riedmatten dari Institute of Photonic Sciences. “Hal ini menunjukkan bahwa pendekatan nanofabrikasi yang terkontrol dengan baik dari bawah ke atas dapat mengarah pada realisasi qubit ion tanah jarang dengan sifat koherensi optik dan putaran yang sangat baik.”
Apa Selanjutnya?
Zhong dan timnya sekarang berfokus pada pengujian apakah waktu koherensi yang diperpanjang memungkinkan koneksi kuantum jarak jauh yang sebenarnya. Langkah selanjutnya adalah menghubungkan dua qubit—masing-masing ditempatkan di lemari es pengenceran terpisah di laboratorium Zhong—melalui kabel spool sepanjang 1.000 kilometer. Tes awal ini, meski bukan langkah terakhir, akan terbukti penting dalam memvalidasi teknologi dan membawa visi internet kuantum global lebih dekat ke kenyataan.
Terobosan ini mewakili langkah signifikan menuju masa depan di mana komputer kuantum dapat saling terhubung secara mulus, membuka kekuatan komputasi yang belum pernah ada sebelumnya, dan mendorong inovasi di berbagai bidang.
