Ion terjerat mencetak rekor jarak jauh – Dunia Fisika

Menggunakan cahaya dan serat optik untuk mengirimkan informasi dari titik A ke B saat ini merupakan praktik standar, namun bagaimana jika kita dapat melewatkan langkah “mengirim dan membawa” sepenuhnya dan cukup membaca informasi secara instan? Berkat keterikatan kuantum, gagasan ini bukan lagi sebuah karya fiksi, melainkan subjek penelitian yang sedang berlangsung. Dengan menjerat dua partikel kuantum seperti ion, para ilmuwan dapat menempatkan keduanya dalam keadaan gabungan yang rapuh, di mana pengukuran satu partikel memberikan informasi tentang partikel lainnya dengan cara yang tidak mungkin dilakukan secara klasik.

Para peneliti dari Universitas Innsbruck, Austria, kini telah melakukan proses keterikatan yang rumit ini pada dua ion kalsium yang terperangkap dalam rongga optik yang berjarak 230 m – setara dengan sekitar dua lapangan sepak bola – dan dihubungkan melalui serat optik sepanjang 520 m. Pemisahan ini merupakan rekor ion-ion yang terperangkap dan menjadi tonggak sejarah dalam komunikasi kuantum dan sistem komputasi berdasarkan partikel kuantum ini.

Menuju jaringan kuantum

Jaringan kuantum adalah tulang punggung sistem komunikasi kuantum. Salah satu daya tarik mereka adalah bahwa mereka dapat menghubungkan dunia dengan kekuatan komputasi dan keamanan yang belum pernah ada sebelumnya sekaligus meningkatkan penginderaan presisi dan pengukuran waktu untuk aplikasi mulai dari metrologi hingga navigasi. Jaringan kuantum tersebut akan terdiri dari komputer kuantum – node – yang terhubung melalui pertukaran foton. Pertukaran ini dapat terjadi di ruang bebas, serupa dengan bagaimana cahaya merambat melalui ruang angkasa dari Matahari ke mata kita. Alternatifnya, foton dapat dikirim melalui serat optik yang serupa dengan yang digunakan untuk mengirimkan data untuk layanan Internet, televisi, dan telepon.

Komputer kuantum berdasarkan ion yang terperangkap menawarkan platform yang menjanjikan untuk jaringan kuantum dan komunikasi kuantum karena dua alasan. Salah satunya adalah keadaan kuantumnya relatif mudah dikendalikan. Alasan lainnya adalah bahwa negara-negara ini kuat terhadap gangguan eksternal yang dapat mengganggu informasi yang dibawa antara dan di node.

Ion kalsium yang terperangkap

Dalam karya terbarunya, tim peneliti dipimpin oleh Tracy Northup dan Ben Lanyon di Innsbruck menjebak ion kalsium dalam perangkap Paul – konfigurasi medan listrik yang menghasilkan gaya pada ion, sehingga membatasinya di tengah perangkap. Ion kalsium menarik karena memiliki struktur elektronik sederhana dan kuat terhadap kebisingan. “Mereka kompatibel dengan teknologi yang dibutuhkan untuk jaringan kuantum; dan mereka juga mudah dijebak dan didinginkan, oleh karena itu cocok untuk jaringan kuantum yang dapat diskalakan,” jelasnya Maria Galli, seorang mahasiswa PhD di Innsbruck yang terlibat dalam pekerjaan yang dijelaskan dalam Physical Review Letters.

Para peneliti memulai dengan menempatkan satu ion yang terperangkap di dalam dua rongga optik terpisah. Rongga-rongga ini adalah ruang di antara sepasang cermin yang memungkinkan kontrol dan penyetelan frekuensi cahaya yang memantul di antara keduanya secara tepat (lihat gambar di atas). Kontrol ketat ini sangat penting untuk menghubungkan, atau menjerat, informasi ion dengan informasi foton.

Setelah menjerat sistem ion-foton di masing-masing dua rongga – simpul jaringan – para peneliti melakukan pengukuran untuk mengkarakterisasi sistem yang terjerat. Meskipun pengukuran menghilangkan keterjeratan, para peneliti harus mengulangi proses ini beberapa kali untuk mengoptimalkan langkah ini. Foton-foton tersebut, masing-masing terjerat dengan salah satu ion kalsium, kemudian ditransmisikan melalui serat optik yang menghubungkan dua node, yang terletak di bangunan terpisah.

Bertukar informasi

Meskipun para peneliti dapat mentransfer foton di ruang bebas, hal ini berisiko mengganggu belitan ion-foton karena beberapa sumber kebisingan. Sebaliknya, serat optik memiliki tingkat kehilangan yang rendah, dan juga melindungi foton serta mempertahankan polarisasinya, sehingga memungkinkan pemisahan yang lebih lama antar titik. Namun, hal tersebut tidak ideal. “Kami memang mengamati beberapa penyimpangan dalam polarisasi. Oleh karena itu, setiap 20 menit kami akan mengkarakterisasi rotasi polarisasi serat dan memperbaikinya.” kata Galli.

Kedua foton bertukar informasi dari sistem ion-foton masing-masing melalui proses yang dikenal sebagai pengukuran keadaan lonceng foton (PBSM). Dalam teknik deteksi selektif keadaan ini, fungsi gelombang foton tumpang tindih, menciptakan pola interferensi yang dapat diukur dengan empat fotodetektor.

Dengan membaca sinyal terukur pada fotodetektor, para peneliti dapat mengetahui apakah informasi yang dibawa oleh foton – keadaan polarisasinya – identik atau tidak. Pasangan hasil yang cocok (baik keadaan polarisasi horizontal atau vertikal) akibatnya menandakan timbulnya keterikatan antara ion-ion yang jauh.

Pengorbanan untuk keterikatan yang berhasil

Para peneliti harus menyeimbangkan beberapa faktor untuk menghasilkan belitan antar ion. Salah satunya adalah jendela waktu di mana mereka melakukan pengukuran gabungan foton terakhir. Semakin lama jangka waktunya, semakin besar peluang para peneliti untuk mendeteksi foton – namun keuntungannya adalah ion-ion tersebut tidak terlalu terjerat. Hal ini karena mereka bertujuan untuk menangkap foton yang tiba pada waktu yang sama, dan membiarkan jangka waktu yang lebih lama dapat mengarahkan mereka untuk mendeteksi foton yang sebenarnya tiba pada waktu yang berbeda.

Jaringan kuantum tiga simpul memulai debutnya

Oleh karena itu, para peneliti perlu memeriksa dengan cermat seberapa banyak keterikatan yang berhasil mereka capai dalam jangka waktu tertentu. Dalam jangka waktu 1 mikrodetik, mereka mengulangi percobaan lebih dari 13 juta kali, menghasilkan 555 peristiwa deteksi. Mereka kemudian mengukur keadaan ion di setiap node secara independen untuk memeriksa korelasinya, yaitu 88%. “Langkah pengukuran terakhir kami sebenarnya adalah mengukur keadaan kedua ion untuk memverifikasi bahwa ada korelasi keadaan yang diharapkan,” kata Galli. “Ini menegaskan bahwa kami telah berhasil menciptakan belitan antara kedua ion tersebut.”

Mulai dari lari cepat hingga maraton

Dua lapangan sepak bola mungkin tampak seperti jarak yang sangat jauh untuk menciptakan keadaan terjerat kuantum yang berbahaya, namun tim Innsbruck memiliki rencana yang lebih besar. Dengan melakukan perubahan seperti meningkatkan panjang gelombang foton yang digunakan untuk mengirimkan informasi antar ion, para peneliti berharap dapat menempuh jarak yang jauh lebih jauh, yaitu 50 km – lebih lama dari lari maraton.

Meskipun kelompok penelitian lain sebelumnya telah menunjukkan keterjeratan pada jarak yang lebih jauh dengan menggunakan atom netral, platform berbasis ion memiliki keunggulan tertentu. Galli mencatat bahwa ketelitian gerbang kuantum yang dilakukan dengan ion yang terperangkap lebih baik daripada gerbang kuantum yang dilakukan pada atom, terutama karena interaksi antar ion lebih kuat dan lebih stabil daripada interaksi antar atom dan waktu koherensi ion jauh lebih lama.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Beli dan Jual Saham di Perusahaan PRE-IPO dengan PREIPO®. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/entangled-ions-set-long-distance-record/