Sebuah langkah signifikan menuju internet kuantum fungsional telah dicapai dengan pengembangan qubit molekuler baru yang mampu mentransmisikan informasi kuantum melalui jaringan serat optik yang ada. Para peneliti telah merekayasa qubit berdasarkan unsur tanah jarang erbium, memanfaatkan sifat optik dan magnetiknya yang unik untuk menjembatani kesenjangan antara komputasi kuantum dan infrastruktur telekomunikasi konvensional.
Tantangan Transmisi Data Kuantum
Keterbatasan komunikasi kuantum saat ini berasal dari kerapuhan qubit dan sulitnya mentransmisikan status kuantum halusnya dalam jarak jauh. Tidak seperti bit klasik, yang stabil sebagai biner 1 atau 0, qubit berada dalam superposisi keadaan — secara bersamaan mewakili beberapa nilai. Properti ini, meskipun kuat untuk komputasi, membuatnya rentan terhadap dekoherensi, atau hilangnya informasi kuantum, selama transmisi.
Untuk mengatasi hal ini, para ilmuwan telah mengeksplorasi berbagai teknologi qubit, termasuk sirkuit superkonduktor, ion yang terperangkap, dan foton. Qubit berbasis erbium baru memperkenalkan pendekatan hybrid yang menggabungkan stabilitas spin qubit dengan kemampuan transmisi qubit fotonik.
Erbium: Blok Bangunan Kuantum Serbaguna
Qubit yang baru dirancang memanfaatkan kemampuan atom erbium untuk menyimpan informasi kuantum secara magnetis sambil dibaca secara optik. Fungsi ganda ini sangat penting: putaran magnet mengkodekan nilai qubit, sedangkan sifat optik memungkinkan pembacaan menggunakan teknik spektroskopi standar. Keuntungan menggunakan erbium adalah kompatibilitasnya dengan panjang gelombang telekomunikasi — frekuensi standar yang digunakan dalam jaringan serat optik.
“Molekul-molekul ini dapat bertindak sebagai jembatan berskala nano antara dunia magnetisme dan dunia optik,” jelas Leah Weiss, salah satu penulis studi ini. “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.”
Menskalakan Jaringan Kuantum
Kemampuan untuk beroperasi pada panjang gelombang telekomunikasi memecahkan dua masalah utama: kehilangan sinyal minimal dalam jarak jauh dan integrasi tanpa batas dengan chip silikon. Silikon transparan terhadap frekuensi ini, memungkinkan sinyal optik melewatinya tanpa diserap. Artinya, data kuantum dapat ditanamkan ke dalam perangkat keras yang sudah ada, sehingga membuka jalan bagi perangkat yang lebih kecil dan ringkas.
Struktur molekul qubit, yang kira-kira 100.000 kali lebih kecil dari rambut manusia, juga memungkinkan kontrol dan skalabilitas yang presisi. Para peneliti dapat menyesuaikan sifat-sifat qubit melalui kimia sintetik, sehingga dapat beradaptasi dengan perangkat solid-state dan bahkan lingkungan biologis.
Implikasi di Masa Depan
Terobosan ini mewakili kemajuan besar dalam jaringan kuantum. Kemampuan untuk mengintegrasikan teknologi kuantum secara langsung ke dalam infrastruktur yang ada dapat mempercepat pengembangan tautan komunikasi yang sangat aman dan jaringan komputer kuantum jarak jauh.
Seperti yang dinyatakan oleh David Awschalom, peneliti utama studi ini, “Dengan menunjukkan keserbagunaan qubit molekuler erbium ini, kami mengambil langkah lain menuju jaringan kuantum terukur yang dapat dihubungkan langsung ke infrastruktur optik saat ini.”
Pengembangan qubit baru ini membawa impian internet kuantum yang berfungsi penuh menjadi kenyataan, menjanjikan masa depan di mana komunikasi kuantum jarak jauh yang aman tidak lagi bersifat teoritis namun merupakan kemampuan praktis.
