Peneliti Kembangkan Memori Kuantum untuk Internet Masa Depan

Jaringan kuantum selama ini menghadapi satu persoalan besar: bagaimana mengirimkan informasi kuantum dalam jarak jauh tanpa kehilangan sinyal. Untuk menjawab tantangan tersebut, tim peneliti internasional mengembangkan teknologi memori kuantum yang diharapkan dapat memperluas jangkauan jaringan komunikasi kuantum.

Pengembangan ini dilakukan melalui proyek AL FreSQO (Atom-Light Free-Space Quantum Optics Networking) yang dipimpin University of Strathclyde, Inggris. Proyek tersebut berlangsung selama tiga tahun dengan pendanaan senilai €2 juta dari Uni Eropa.

Fokus utama AL FreSQO adalah mengembangkan memori kuantum, yakni sistem yang dapat menyimpan informasi kuantum untuk sementara waktu. Teknologi ini dirancang untuk menjadi salah satu komponen penting dalam jaringan komunikasi kuantum, khususnya jaringan yang mengandalkan atom dingin.

Mengatasi Masalah Sinyal Kuantum

Komunikasi kuantum menawarkan kemampuan yang berbeda dari sistem komunikasi konvensional. Salah satu konsep penting di dalamnya adalah quantum entanglement, yaitu kondisi ketika dua partikel kuantum memiliki keterkaitan sehingga keadaan salah satunya berkaitan dengan keadaan lainnya.

Quantum entanglement menjadi sumber daya penting untuk berbagai teknologi kuantum. Teknologi ini antara lain dapat digunakan untuk mendukung komunikasi yang lebih aman, sistem penginderaan berpresisi tinggi, serta komputasi kuantum.

Namun, informasi kuantum memiliki kelemahan. Sinyal kuantum sangat rapuh dan dapat hilang ketika menempuh jarak yang semakin jauh. Berbeda dari sinyal komunikasi biasa, informasi kuantum juga tidak dapat begitu saja disalin atau diperkuat untuk mengatasi kehilangan tersebut.

Di sinilah memori kuantum dan repeater kuantum berperan.

Memori kuantum dapat digunakan untuk menyimpan informasi kuantum sementara, sedangkan repeater membantu menghubungkan beberapa segmen jaringan. Dengan membagi jalur komunikasi yang panjang menjadi beberapa bagian yang lebih pendek, informasi dapat diteruskan secara bertahap.

Profesor Daniel Oi dari Department of Physics University of Strathclyde, yang menjadi koordinator utama AL FreSQO, mengatakan sinyal kuantum sangat mudah hilang ketika dikirim dalam jarak jauh.

“Karena sinyal tersebut tidak dapat disalin atau diperkuat, kita membutuhkan cara baru untuk memperluas jangkauannya,” kata Oi.

Menurutnya, pendekatan AL FreSQO memanfaatkan perangkat repeater dan memori kuantum untuk membagi koneksi panjang menjadi beberapa segmen. Segmen tersebut kemudian dapat disambungkan kembali menggunakan entanglement swapping atau pertukaran keterikatan kuantum.

Dengan pendekatan ini, peneliti berharap informasi kuantum dapat menempuh jarak yang lebih jauh dibandingkan jika hanya mengandalkan satu jalur komunikasi.

Tidak Hanya Mengandalkan Serat Optik

Salah satu hal menarik dari proyek AL FreSQO adalah penggunaan free-space optical links. Saat ini, serat optik menjadi salah satu media utama untuk membawa data dalam jaringan komunikasi. Namun, pemasangan serat optik tidak selalu memungkinkan, terutama untuk komunikasi dengan satelit atau lokasi tertentu yang sulit dijangkau jaringan kabel.

Koneksi optik ruang bebas memungkinkan informasi dikirim melalui udara atau ruang angkasa menggunakan cahaya, tanpa harus menggunakan kabel serat optik secara fisik. Teknologi tersebut dapat menjadi pilihan penting untuk membangun jaringan kuantum yang mencakup wilayah lebih luas, termasuk menghubungkan jaringan di permukaan bumi dengan sistem komunikasi berbasis satelit.

“Free-space links penting ketika jaringan serat optik tidak praktis, seperti untuk komunikasi satelit,” ujar Oi.

AL FreSQO juga mengembangkan teknologi konversi frekuensi. Teknologi ini memungkinkan panjang gelombang cahaya yang digunakan dalam sistem telekomunikasi disesuaikan dengan panjang gelombang yang lebih mudah berinteraksi dengan sistem kuantum.

Kemampuan tersebut memungkinkan jaringan serat optik dan jaringan ruang bebas saling terhubung meskipun menggunakan karakteristik cahaya yang berbeda.

Bisa Dipakai untuk Transportasi dan Antariksa

Pengembangan memori kuantum dan jaringan optik ruang bebas tidak hanya ditujukan untuk komunikasi internet masa depan. Teknologi AL FreSQO juga berpotensi digunakan dalam berbagai sektor yang sulit mengandalkan jaringan serat optik.

Beberapa bidang yang disebut antara lain komunikasi luar angkasa, penerbangan, pelayaran, perkeretaapian, dan transportasi barang.

Dalam komunikasi satelit, misalnya, penggunaan kabel serat optik jelas tidak memungkinkan untuk menghubungkan satelit dengan satelit lain atau dengan stasiun di lokasi tertentu. Koneksi optik ruang bebas dapat menjadi salah satu solusi untuk membangun jalur komunikasi kuantum tanpa kabel fisik.

Pendekatan tersebut juga berpotensi membuat jaringan kuantum lebih fleksibel karena tidak bergantung pada satu jenis media komunikasi.

Peneliti Uji Cara Mendeteksi Foton

Bagian lain dari proyek ini adalah penelitian mengenai quantum non-demolition (QND). Dalam eksperimen tersebut, Dr. Aidan Arnold, dosen senior bidang fisika di University of Strathclyde, akan mempelajari metode untuk mendeteksi foton tanpa menghancurkannya.

Foton merupakan partikel dasar pembawa energi cahaya dan memainkan peran penting dalam berbagai sistem komunikasi kuantum.

Kemampuan mendeteksi foton tanpa menghancurkan keadaan kuantumnya menjadi tantangan penting dalam pengembangan teknologi informasi kuantum. Jika berhasil diterapkan, teknik tersebut dapat membantu peneliti membangun sistem komunikasi dan pemrosesan informasi kuantum yang lebih canggih.

Proyek AL FreSQO sendiri menggabungkan keahlian dari berbagai bidang, termasuk optik kuantum, fisika atom, fisika keadaan padat, dan rekayasa sistem.

University of Strathclyde mengerjakan proyek tersebut bersama University of Southampton, University of Padova, Humboldt University of Berlin, Sabancı University di Provinsi Istanbul, serta ThinkQuantum, perusahaan spin-off dari University of Padova.

Selangkah Menuju Internet Kuantum

Jika teknologi yang dikembangkan berhasil, dampaknya dapat melampaui sekadar peningkatan jarak komunikasi. Memori kuantum dan repeater kuantum merupakan komponen yang dipandang penting untuk membangun jaringan kuantum dalam skala besar.

Jaringan semacam ini pada akhirnya dapat menjadi bagian dari internet kuantum, sebuah konsep jaringan yang memungkinkan perangkat kuantum saling bertukar informasi kuantum melalui jaringan komunikasi khusus. Selain mendukung komunikasi yang lebih aman, teknologi tersebut berpotensi digunakan untuk sinkronisasi jam berpresisi tinggi, jaringan sensor, penginderaan kuantum, serta berbagai aplikasi komputasi dan informasi kuantum.

AL FreSQO juga memiliki kaitan dengan Integrated Quantum Networks Quantum Technology Research Hub, salah satu dari empat pusat penelitian teknologi kuantum berskala nasional di Inggris yang melibatkan University of Strathclyde sebagai mitra.

Proyek tersebut melanjutkan pengalaman University of Strathclyde dalam EPSRC International Network in Space Quantum Technologies, yang sebelumnya dipimpin universitas tersebut dengan Profesor Daniel Oi sebagai peneliti utama.

Pengembangan AL FreSQO juga sejalan dengan UK National Quantum Strategy, strategi Inggris yang menargetkan pengembangan jaringan kuantum canggih dalam skala luas pada 2035. Proyek ini mendapat pendanaan melalui QuantERA, program teknologi kuantum lintas negara yang didukung oleh Komisi Eropa.

Dengan menggabungkan memori kuantum, repeater, koneksi optik ruang bebas, dan konversi frekuensi, para peneliti berharap dapat mengatasi salah satu hambatan terbesar jaringan kuantum saat ini: mengirimkan informasi kuantum dalam jarak jauh tanpa kehilangan sinyal.

Jika tantangan tersebut berhasil diatasi, teknologi ini dapat menjadi salah satu fondasi penting bagi terbentuknya jaringan kuantum global di masa depan.