Bagaimana Resonator Cincin Silikon Mengubah Aturan Komputasi Kuantum
Para peneliti telah membuat kemajuan penting dalam teknologi kuantum dengan mengembangkan fotonik terintegrasi yang memungkinkan kontrol dan manipulasi cahaya pada chip silikon. Inovasi ini memfasilitasi komunikasi yang sangat aman dan meningkatkan kemampuan komputasi kuantum. Kredit: SciTechDaily.com
Terobosan dalam fotonik terintegrasi telah memungkinkan para peneliti untuk memanfaatkan manipulasi cahaya pada chip silikon, membuka jalan bagi peningkatan komputasi kuantum dan komunikasi yang aman.
Mereka mengembangkan resonator cincin silikon kompak untuk mengelola 34 gerbang qubit dan membangun jaringan kuantum lima pengguna yang baru.
Lompatan Kuantum dalam Fotonik Terintegrasi
Dalam lompatan maju yang signifikan bagi teknologi kuantum, para peneliti telah mencapai tonggak sejarah dalam memanfaatkan dimensi frekuensi dalam fotonik terintegrasi. Terobosan ini tidak hanya menjanjikan kemajuan dalam komputasi kuantum tetapi juga meletakkan dasar bagi jaringan komunikasi yang sangat aman.
Fotonik terintegrasi, manipulasi cahaya dalam sirkuit kecil pada chip silikon, telah lama menjanjikan aplikasi kuantum karena skalabilitas dan kompatibilitasnya dengan infrastruktur telekomunikasi yang ada.
Mikroresonator silikon (kiri, gambar SEM) menyediakan sumber pita lebar parametrik untuk pasangan foton yang terjerat frekuensi yang berjarak 21 GHz untuk mencapai jaringan kuantum skala besar yang dikodekan frekuensi. Hasilnya adalah jaringan yang terhubung sepenuhnya dan bebas simpul tepercaya, tempat pengguna dihubungkan oleh standing terjerat frekuensi dua qubit. Kredit: Henry dkk., doi 10.1117/1.AP.6.3.036003.
Terobosan dalam Desain Sirkuit Kuantum
Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di Fotonik Lanjutanpara peneliti dari Pusat Nanosains dan Nanoteknologi (C2N), Télécom Paris, dan STMicroelectronics (STM) telah mengatasi keterbatasan sebelumnya dengan mengembangkan resonator cincin silikon dengan tapak lebih kecil dari 0,05 mm² yang mampu menghasilkan lebih dari 70 saluran frekuensi berbeda yang berjarak 21 GHz.
Hal ini memungkinkan paralelisasi dan kontrol independen dari 34 gerbang qubit tunggal hanya dengan menggunakan tiga perangkat elektro-optik standar. Perangkat ini dapat secara efisien menghasilkan frekuensi-bin yang terjerat foton pasangan yang mudah dimanipulasi – komponen penting dalam pembangunan jaringan kuantum.
Meningkatkan Kontrol Keadaan Kuantum
Inovasi utamanya terletak pada kemampuan mereka untuk memanfaatkan pemisahan frekuensi yang sempit ini guna menciptakan dan mengendalikan keadaan kuantum. Dengan menggunakan resonator cincin terintegrasi, mereka berhasil menghasilkan keadaan yang terjerat frekuensi melalui proses yang dikenal sebagai pencampuran empat gelombang spontan. Teknik ini memungkinkan foton berinteraksi dan menjadi terjerat, kemampuan penting untuk membangun sirkuit kuantum.
Yang membedakan penelitian ini adalah kepraktisan dan skalabilitasnya. Dengan memanfaatkan kontrol presisi yang ditawarkan oleh resonator silikon mereka, para peneliti menunjukkan pengoperasian simultan dari 34 gerbang qubit tunggal hanya dengan menggunakan tiga perangkat elektro-optik yang tersedia di pasaran. Terobosan ini memungkinkan terciptanya jaringan kuantum kompleks tempat beberapa qubit dapat dimanipulasi secara independen dan paralel.
Untuk memvalidasi pendekatan mereka, tim tersebut melakukan eksperimen di C2N, yang menunjukkan tomografi standing kuantum pada 17 pasang qubit yang terjerat maksimal di berbagai tempat frekuensi. Karakterisasi terperinci ini mengonfirmasi kesetiaan dan koherensi standing kuantum mereka, yang menandai langkah signifikan menuju komputasi kuantum praktis.
Tonggak-tonggak dalam Jaringan Kuantum
Mungkin yang paling menonjol, para peneliti mencapai tonggak sejarah dalam jaringan dengan membangun apa yang mereka yakini sebagai jaringan kuantum lima pengguna yang terhubung sepenuhnya pertama dalam area frekuensi. Pencapaian ini membuka jalan baru bagi protokol komunikasi kuantum, yang mengandalkan transmisi informasi yang aman yang dikodekan dalam standing kuantum.
Masa Depan Teknologi Kuantum
Ke depannya, penelitian ini tidak hanya menunjukkan kekuatan fotonik silikon dalam memajukan teknologi kuantum, tetapi juga membuka jalan bagi aplikasi masa depan dalam komputasi kuantum dan komunikasi aman. Dengan kemajuan yang berkelanjutan, platform fotonik terintegrasi ini dapat merevolusi industri yang bergantung pada transmisi information aman, menawarkan tingkat daya komputasi dan keamanan information yang belum pernah ada sebelumnya.
Penulis terkait Dr. Antoine Henry dari C2N dan Télécom Paris menyatakan, “Pekerjaan kami menyoroti bagaimana frekuensi-bin dapat dimanfaatkan untuk aplikasi skala besar dalam informasi kuantum. Kami percaya bahwa hal ini menawarkan perspektif untuk arsitektur area frekuensi yang dapat diskalakan untuk komunikasi kuantum berdimensi tinggi dan hemat sumber daya.” Henry mencatat bahwa foton tunggal pada panjang gelombang telekomunikasi ideally suited untuk aplikasi dunia nyata yang memanfaatkan jaringan serat optik yang ada, fotonik terintegrasi memungkinkan miniaturisasi, stabilitas, dan skalabilitas/potensi untuk peningkatan kompleksitas perangkat, dan dengan demikian menghasilkan pasangan foton yang efisien dan khusus untuk mengimplementasikan jaringan kuantum dengan pengodean frekuensi pada panjang gelombang telekomunikasi.
Implikasi dari penelitian ini sangat luas. Dengan memanfaatkan dimensi frekuensi dalam fotonik terintegrasi, para peneliti telah menemukan berbagai keuntungan utama termasuk skalabilitas, ketahanan terhadap gangguan, paralelisasi, dan kompatibilitas dengan teknik multiplexing telekomunikasi yang ada. Seiring dengan semakin dekatnya dunia untuk mewujudkan potensi penuh teknologi kuantum, tonggak sejarah yang dilaporkan oleh para peneliti C2N, Telecom Paris, dan STM ini berfungsi sebagai mercusuar, yang memandu jalan menuju masa depan di mana jaringan kuantum menawarkan komunikasi yang aman.
Referensi: “Paralelisasi gerbang kuantum area frekuensi: manipulasi dan distribusi pasangan foton terjerat frekuensi yang dihasilkan oleh mikroresonator silikon 21 GHz” oleh Antoine Henry, Dario A. Fioretto, Lorenzo M. Procopio, Stéphane Monfray, Frédéric Boeuf, Laurent Vivien, Eric Cassan, Carlos Alonzo-Ramos, Kamel Bencheikh, Isabelle Zaquine dan Nadia Belabas, 28 Juni 2024, Fotonik Tingkat Lanjut.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1117/1.AP.6.3.036003
