Para peneliti di Jepang Mengumumkan Kemajuan Kuantum Suhu Ruangan – Analisis Berita Komputasi Kinerja Tinggi | di dalamHPC

Associate Professor Mark Sadgrove dan Mr. Kaito Shimizu dari TUS dan Profesor Kae Nemoto dari Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University juga merupakan bagian dari penelitian ini. Sumber cahaya foton tunggal yang baru dikembangkan ini menghilangkan kebutuhan akan sistem pendingin yang mahal dan berpotensi membuat jaringan kuantum lebih hemat biaya dan mudah diakses.

Kuantum pemancar foton tunggal secara mekanis menghubungkan bit kuantum (atau qubit) antar node dalam jaringan kuantum. Mereka biasanya dibuat dengan menanamkan unsur tanah jarang ke dalam serat optik pada suhu yang sangat rendah. Kini, para peneliti dari Jepang, dipimpin oleh Associate Professor Kaoru Sanaka dari Tokyo University of Science, telah mengembangkan serat optik yang didoping ytterbium pada suhu kamar. Dengan menghindari kebutuhan akan solusi pendinginan yang mahal, metode yang diusulkan menawarkan platform hemat biaya untuk aplikasi kuantum fotonik.

Sistem berbasis kuantum menjanjikan komputasi yang lebih cepat dan enkripsi yang lebih kuat untuk sistem komputasi dan komunikasi. Sistem ini dapat dibangun pada jaringan serat yang melibatkan node yang saling berhubungan yang terdiri dari qubit dan generator foton tunggal yang menciptakan pasangan foton terjerat.

Dalam hal ini, atom dan ion tanah jarang (RE) dalam bahan padat sangat menjanjikan sebagai generator foton tunggal. Bahan-bahan ini kompatibel dengan jaringan serat dan memancarkan foton pada rentang panjang gelombang yang luas. Karena jangkauan spektralnya yang luas, serat optik yang diolah dengan elemen RE ini dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti telekomunikasi ruang bebas, telekomunikasi berbasis serat, pembangkitan bilangan acak kuantum, dan analisis gambar resolusi tinggi. Namun, sejauh ini, sumber cahaya foton tunggal telah dikembangkan menggunakan bahan kristal yang didoping RE pada suhu kriogenik, yang membatasi aplikasi praktis jaringan kuantum berdasarkan bahan tersebut.

Untuk membuat serat optik yang didoping ytterbium, para peneliti meruncingkan serat yang didoping ytterbium yang tersedia secara komersial menggunakan teknik panas-dan-tarik, di mana bagian serat dipanaskan dan kemudian ditarik dengan tegangan untuk mengurangi diameternya secara bertahap.

Di dalam serat meruncing, atom RE individu memancarkan foton ketika dieksitasi dengan laser. Pemisahan antara atom-atom RE ini memainkan peran penting dalam menentukan sifat optik serat. Misalnya, jika jarak rata-rata antar atom RE melebihi batas difraksi optik, yang ditentukan oleh panjang gelombang foton yang dipancarkan, cahaya yang dipancarkan dari atom-atom ini tampak seolah-olah berasal dari kelompok dan bukan dari sumber individu yang berbeda.

Untuk memastikan sifat foton yang dipancarkan ini, para peneliti menggunakan metode analisis yang dikenal sebagai autokorelasi, yang menilai kesamaan antara sinyal dan versi tertundanya. Dengan menganalisis pola emisi foton menggunakan autokorelasi, para peneliti mengamati emisi non-resonansi dan selanjutnya memperoleh bukti emisi foton dari ion ytterbium tunggal dalam filter yang diolah.

Meskipun kualitas dan kuantitas foton yang dipancarkan dapat ditingkatkan lebih lanjut, serat optik yang dikembangkan dengan atom ytterbium dapat diproduksi tanpa memerlukan sistem pendingin yang mahal. Hal ini mengatasi rintangan yang signifikan dan membuka pintu bagi berbagai teknologi informasi kuantum generasi berikutnya. “Kami telah mendemonstrasikan sumber cahaya foton tunggal berbiaya rendah dengan panjang gelombang yang dapat dipilih dan tanpa memerlukan sistem pendingin. Ke depannya, hal ini dapat mengaktifkan berbagai teknologi informasi kuantum generasi mendatang seperti generator bilangan acak sebenarnya, komunikasi kuantum, operasi logika kuantum, dan analisis gambar resolusi tinggi di luar batas difraksi,” simpul Dr. Sanaka.