Ilmuan Temukan Teknologi Jaringan Quantum

Para ilmuwan dari divisi Dinamika Quantum (Quantum Dynamics) di Institut Optika Quantum (Institute of Quantum Optics), Max Planck (MPQ), di Garching, Jerman mengumumkan hari Rabu kemarin bahwa mereka telah membangun jaringan quantum elementer (elementary quantum network)  yang pertama yang terdiri dari sepasang  atom terekat (entangled) yang mentransmisikan informasi ke satu sama lain melaui foton (photon) tunggal. Jaringan ini dan uang beberapa dolar akan memberi Anda secangkir kopi, plus segala sesuatu mulai dari sistem pertukaran data yang sangat aman hingga penyekalaan masif (massive scaling) melalui prosesing yang terdistribusi dari sebuah komputer quantum yang berdiri sendiri yang sangat mengagumkan, kuat, yang secara teoritis, potensial.

Ini benar-benar merupakan hari yang menyibukkan bagi para pionir komputer quantum, yang dari waktu ke waktu selalu menghasilkan terobosan besar di garda depan subatomik yang tampaknya siap-siap untuk merevolusi cara kerja  mesin komputer dalam menghantar segala sesuatu bagi kita mulai dari pemetaan satelit hingga LOLcats.

Namun hal ini juga merupakan sebuah tantangan berat bagi kita yang baru saja berhasil mereka-reka cara kerja chip-chip komputer yang berbasis silikon model lama—untuk kemudian berhadapan dengan sistem komputerisasi ilmiah yang baru ini, yang jika akan dipahami secara menyeluruh menuntut kemampuan seseorang bukan saja dalam bidang teknik listrik tetapi juga dalam bidang fisika quantum.

Jika dipikir-pikir, semua ini adalah, ya, lagi-lagi merupakan kerjaan orang-orang jenius yang sedang mencoba menyulap kemampuan komputasional dari benda yang kecil dan aneh, yang hanya bisa dijelaskan secara matematis.

Tahun-tahun Pembuatan 

Pencapaian tersebut adalah hasil dari kerja bertahun-tahun menurut Scientific Computing (according to Scientific Computing.) Peneliti kepala prof. Gerhard Rempe dan para koleganya harus mereka-reka sebuah sebuah cara untuk melatih hingga tercapai apa yang mereka sebut sebuah “kontrol yang sempurna” terhadap semua komponen dalam jaringan quantum mereka itu, yang berarti pertama-tama adalah mengatur agar kedua atom yang membentuk node (nodes) reseptor jaringan tersebut supaya tetap stationer, karena beberapa atom yang mengambang bebas tidak akan mampu berkomunikasi dengan foton-foton yang menyampaikan (relaying) informasi antara keduanya dengan cara yang sangat efisien.

“Pendekatan terhadap jaringan quantum ini adalah menjanjikan khususnya karena  jaringan ini memungkinkan timbulnya persfektif yang jelas bagi skalabilitas (scalability),” kata Rempe pada jurnal tersebut. Koleganya yang juga pemimpin dari percobaan tersebut Dr. Stephan Ritter, menambahkan, “Kami bisa membuktikan bahwa keadaan quantum (quantum states) bisa ditransfer jauh lebih dari sekedar memungkinkan dengan jaringan klasikal apapun.

Tim tersebut mampu memperbaiki atom-atom mereka di dalam rongga-rongga optic (optical cavities), yang pada dasarnya adalah sepasang cermin reflektif tingkat tinggi dengan jarak yang berdekatan satu sama lain, dengan menggunakan sinar laser yang diatur secara tepat. Mengapa cermin? Foton-foton yang memasuki rongga tersebut bergeser ke sana ke mari di sekitar cermin sebanyak “beberapa ribu kali,” yang mana sebenarnya bisa memperkuat interaksi atom dengan foton dan memungkinkan atom-atom node jaringan tersebut menyerap paket-paket data yang berbasis foton “dengan cara koheren dan dengan efisiensi yang tinggi,” menurut para ilmuwan tersebut.

Kegunaan rongga-rongga optik (optical cavities) untuk sebuah jaringan quantum diajukan oleh Prof. Ignacio Cirac, seorang MPQ directory dan kepala divisi Theori di sana.

“Faktanya, kami mendemonstasikan kemungkinannya (the feasibility) dari pendekatan teoritis yang dikembangkan oleh Prof. Cirac,” kata Ritter.

Setelah menangkap dan menstabilkan atom-atom yang akan berfungsi sebagai node-node dari jaringan sistem tersebut, para ilmuwan harus memisahkan atom-atom tersebut untuk mengeluarkan foton-foton tunggal yang dikodekan (encoded) dengan informasi dengan cara yang terkontrol dan mentransfer informasi tersebut ke foton yang kedua.

Kemudian, untuk mendemonstrasikan sebuah efek jaringan yang aktual, tim tersebut menghubungkan dua sistem serupa “dan informasi quantum dipertukarkan di antara kedua sistem tersebut dengan efisiensi dan fidelity yang tinggi,” kata Scientific Computing dalam laporannya.

Kedua sistem tersebut dihubungkan dengan sebuah kabel serat optik sepanjang 180 kaki dan disimpan (di-hosted) di laboratorium yang terpisah dengan jarak satu sama lain sekitar 60 kaki. Jadi pada dasarnya, berjalan kaki di dalam aula (hall) dan mengatakan pada orang yang berada di lab lainnya apa yang ada di dalam foton tersebut kiranya cukup, namun maksud dari latihan ini adalah untuk menunjukkan performa jaringan sebagaimana yang dirancang dan untuk merancang penskalaan selanjutnya.

Ilmu yang Aneh-aneh
Jaringan quantum adalah aplikasi praktis dari kriptografi quantum eksperimental, seperti demonstrasi komputerisasi quantum buta ("blind quantum computing" demonstration) yang dilakukan oleh sebuah tim peneliti yang lain di Pusat Ilmu-ilmu Quantum dan Teknologi Universitas Vienna pada awal tahun ini, yang mencakup mentransmisi sebuah algoritma ke sebuah komputer, mengoperasikannya, dan menerimanya kembali tanpa bisa dideteksi oleh operator komputer.

Seperti halnya sepupunya, komputerisasi quantum, jaringan quantum mengambil manfaat dari fakta bahwa partikel-partikel materi subatom bisa eksis dalam pelbagai keadaan—seperti “on” dan “off” terhadap referensi proses biner di mana komputerisasi digital beroperasi—pada saat yang sama.

Dan lagi, adalah sangat-sangat sulit untuk membuat seseorang paham sepenuhnya, tapi kiranya cukup mudah dipahami bahwa properti-properti ini memungkinkan bit-bit quantum, atau qubits, yang menggerakkan komputer quantum dan paket-paket data foton tunggal yang dikembangkan bagi jaringan quantum milik tim MPQ untuk melaksanakan tugas-tugas mereka dengan cara yang jauh lebih powerful dan lebih aman dibandingkan dengan bagian-bagian non-quantum yang digunakan pada chip-chip PC dan perangkat-perangkat infrastruktur jaringan yang ada saat ini.

Namun tentu saja, semua ini masih berada dalam realm conjecture (wilayah perkiraan). Komputerisasi quantum masih lebih bersifat teoritis, dengan adanya demonstrasi seperti yang ditunjukkan oleh tim MPQ, yang hanya terbatas pada setting laboratorium. Hingga saat ini belum ada komputer quantum yang sebenarnya, yang ada baru komputer quantum experimental (komputer quantum percobaan) (experimental ones). (By Damon Poeter)

http://digg.com/newsbar/Technology/scientists_build_first_working_quantum_network