Teknologi Kuantum Ubah Cara Ilmuwan Mendeteksi Eksoplanet

Perkembangan teknologi kuantum tidak hanya menjanjikan terobosan di bidang komputasi dan keamanan data, tetapi juga mulai membuka peluang besar dalam dunia astronomi. Sebuah studi terbaru menunjukkan bahwa komputer kuantum berskala kecil berpotensi meningkatkan kemampuan ilmuwan dalam mendeteksi eksoplanet, yaitu planet yang berada di luar tata surya, dengan cara yang jauh lebih efisien dibandingkan metode konvensional saat ini.

Penelitian yang dipublikasikan dalam jurnal ilmiah PRX Quantum tersebut mengungkap pendekatan baru dalam memanfaatkan teknologi kuantum untuk mengolah cahaya bintang yang sangat redup. Selama ini, banyak informasi penting dari cahaya kosmik yang hilang akibat gangguan atau noise. Dengan pemrosesan kuantum, informasi tersebut dapat diekstraksi lebih optimal bahkan sebelum cahaya itu diukur oleh detektor teleskop.

Berbeda dari pemanfaatan komputer kuantum yang umum dikenal, riset ini tidak berfokus pada simulasi planet atau analisis data setelah pengamatan dilakukan. Sebaliknya, teknologi kuantum digunakan langsung pada tahap awal pengamatan, yakni memproses cahaya bintang dan planet sebelum proses deteksi. Pendekatan ini dinilai mampu mengurangi jumlah foton yang perlu ditangkap untuk mengidentifikasi keberadaan sebuah planet hingga ribuan kali lebih sedikit.

Jika metode ini dapat diterapkan secara nyata, dampaknya akan sangat signifikan. Waktu observasi yang biasanya memakan hitungan minggu bahkan bulan berpotensi dipangkas menjadi hanya beberapa jam. Selain itu, persyaratan kestabilan teleskop yang selama ini sangat ketat juga dapat dilonggarkan, sehingga memperluas peluang pengamatan terhadap sistem planet yang sebelumnya sulit atau bahkan tidak mungkin dipelajari.

Salah satu tantangan terbesar dalam astronomi modern adalah memisahkan cahaya eksoplanet yang sangat redup dari cahaya bintang induknya yang jauh lebih terang. Meski para astronom telah menggunakan instrumen canggih seperti coronagraph dan starshade untuk menekan silau cahaya bintang, sinyal planet tetap sulit ditangkap. Biasanya, diperlukan pengamatan jangka panjang dan pemrosesan data klasik yang kompleks untuk mengekstraksi sinyal tersebut.

Masalah utama dalam metode konvensional ini adalah adanya shot noise, yaitu fluktuasi acak yang muncul ketika foton terdeteksi satu per satu. Noise ini menjadi batas alami dalam ketelitian pengamatan, terutama ketika sinyal yang dicari sangat lemah.

Melalui penelitian kolaboratif yang melibatkan Eindhoven University of Technology, NASA Goddard Space Flight Center, dan Harvard University, para peneliti menawarkan solusi yang berbeda secara fundamental. Alih-alih merekam cahaya pada setiap piksel lalu merekonstruksi gambar menggunakan algoritma klasik, pendekatan baru ini mengubah cahaya yang masuk menjadi keadaan kuantum. Cahaya tersebut kemudian diproses secara koheren sebelum dilakukan pengukuran.

Dengan cara ini, informasi penting dari cahaya dapat dipisahkan dan diolah lebih efisien tanpa harus membangun ulang keseluruhan gambar bintang dan lingkungan sekitarnya. Hasil simulasi menunjukkan bahwa metode ini mampu menurunkan kebutuhan jumlah foton hingga tiga sampai empat orde magnitudo dibandingkan teknik tomografi standar yang selama ini digunakan.

Inti dari pendekatan ini terletak pada perubahan lokasi komputasi dalam rantai pencitraan. Dalam sistem optik tradisional, seluruh pemrosesan dilakukan setelah cahaya diukur, sehingga data yang diolah sudah terkontaminasi noise. Studi ini mengusulkan penggunaan detektor berbasis kuantum yang dapat memetakan amplitudo foton ke dalam sejumlah qubit. Setiap foton disimpan sebagai keadaan kuantum yang tersebar di berbagai mode, sehingga informasi interferensi cahaya tetap terjaga.

Keadaan kuantum tersebut kemudian diproses menggunakan algoritma kuantum sebelum pengukuran dilakukan. Melalui serangkaian operasi khusus, cahaya yang masuk dapat dipilah berdasarkan sumber fisiknya, misalnya membedakan antara cahaya bintang dan cahaya planet. Dengan mengukur hasil pemrosesan ini, astronom dapat langsung memperkirakan sifat-sifat planet tanpa harus merekonstruksi medan optik secara penuh.

Keunggulan utama pendekatan ini adalah kemampuannya menghindari proses tomografi yang mahal dan tidak efisien. Pada tomografi, kesalahan kecil dapat terakumulasi di seluruh piksel, terutama pada gambar yang besar dan berisik. Pemrosesan kuantum memungkinkan ekstraksi fitur yang relevan secara langsung, sehingga noise baru muncul pada tahap pengukuran akhir.

Dalam model pencitraan eksoplanet yang digunakan dalam studi ini, cahaya dari bintang dan planet dianggap sebagai campuran sinyal foton tunggal yang sangat lemah. Dengan bantuan algoritma kuantum yang terkait dengan analisis komponen utama dan pemrosesan sinyal, metode ini terbukti mampu memisahkan kontribusi cahaya planet meskipun bintang masih jauh lebih terang di detektor.

Meski masih berada pada tahap penelitian teoretis, studi ini memberikan gambaran jelas bahwa teknologi kuantum jangka pendek dapat memainkan peran penting dalam eksplorasi luar angkasa di masa depan. Jika dikembangkan lebih lanjut, komputer kuantum bukan hanya akan merevolusi komputasi di Bumi, tetapi juga membantu manusia memahami alam semesta dengan cara yang belum pernah terbayangkan sebelumnya.