Fisikawan Harvard Mendemonstrasikan Jaringan Kuantum Metro-Space Pertama di Boston

Fisikawan mendemonstrasikan jaringan komputer kuantum space metro pertama di Boston.

Membayangkan web kuantum yang mampu mengirimkan informasi tahan peretas secara international melalui foton yang ditumpangkan dalam keadaan kuantum berbeda adalah satu hal; menunjukkan kelayakannya di dunia nyata adalah hal lain.

Hal itulah yang dilakukan oleh fisikawan Harvard. Mereka menggunakan serat telekomunikasi wilayah Boston yang ada dalam demonstrasi jarak serat terpanjang di dunia antara dua node memori kuantum hingga saat ini. Anggap saja sebagai web sederhana dan tertutup antara titik A dan B, membawa sinyal yang dikodekan bukan oleh bit klasik seperti web yang ada, namun oleh partikel cahaya particular person yang sangat aman.

Pekerjaan Terobosan dalam Jaringan Quantum

Karya inovatif ini diterbitkan pada tanggal 15 Mei di jurnal Alamdipimpin oleh Mikhail Lukin, Profesor Universitas Joshua dan Beth Friedman di Departemen Fisika, bekerja sama dengan profesor Harvard Marko Lončar dan Hongkun Park, yang semuanya merupakan anggota Harvard Quantum Initiative, bersama para peneliti di Amazon Internet Companies.

Tim Harvard membangun pembuatan praktis web kuantum pertama dengan menjerat dua node memori kuantum yang dipisahkan oleh tautan serat optik yang dikerahkan dalam putaran sekitar 22 mil melalui Cambridge, Somerville, Watertown, dan Boston. Kedua titik tersebut terletak satu lantai terpisah di Laboratorium Sains dan Teknik Terpadu Harvard.

Inovasi Teknologi dalam Memori Kuantum

Memori kuantum, analog dengan memori komputer klasik, merupakan komponen penting yang saling berhubungan komputasi kuantum masa depan karena memungkinkan operasi jaringan yang kompleks serta penyimpanan dan pengambilan informasi. Meskipun jaringan kuantum lainnya telah dibuat di masa lalu, tim Harvard adalah jaringan serat terpanjang antar perangkat yang dapat menyimpan, memproses, dan memindahkan informasi.

Setiap node adalah komputer kuantum yang sangat kecil, terbuat dari sepotong berlian yang memiliki cacat pada struktur atomnya yang disebut pusat kekosongan silikon. Di dalam berlian, struktur ukiran yang lebih kecil dari seperseratus lebar rambut manusia meningkatkan interaksi antara pusat kekosongan silikon dan cahaya.

Pusat kekosongan silikon berisi dua qubit, atau bit informasi kuantum: satu dalam bentuk putaran elektron yang digunakan untuk komunikasi, dan yang lainnya dalam putaran nuklir berumur lebih panjang yang digunakan sebagai qubit memori untuk menyimpan keterikatan (mekanik-kuantum). properti yang memungkinkan informasi dikorelasikan secara sempurna pada jarak berapa pun). Kedua putaran dapat dikontrol sepenuhnya dengan pulsa gelombang mikro. Perangkat berlian ini – hanya berukuran beberapa milimeter persegi – ditempatkan di dalam unit pendingin pengenceran yang mencapai suhu -459 Fahrenheit.

Tantangan dan Solusi dalam Jaringan Kuantum

Menggunakan pusat kekosongan silikon sebagai perangkat memori kuantum untuk foton tunggal telah menjadi program penelitian multi-tahun di Harvard. Teknologi ini memecahkan masalah besar dalam teori web kuantum: hilangnya sinyal yang tidak dapat ditingkatkan dengan cara tradisional. Jaringan kuantum tidak dapat menggunakan repeater sinyal serat optik standar karena penyalinan informasi kuantum yang sewenang-wenang tidak mungkin dilakukan – membuat informasi tersebut aman, tetapi juga sangat sulit untuk diangkut dalam jarak jauh.

Node jaringan berbasis pusat kekosongan silikon dapat menangkap, menyimpan, dan melibatkan bit informasi kuantum sambil mengoreksi kehilangan sinyal. Setelah mendinginkan node hingga mendekati nol mutlakcahaya dikirim melalui simpul pertama dan, berdasarkan sifat struktur atom pusat kekosongan silikon, menjadi terjerat dengannya.

Prospek Masa Depan untuk Web Kuantum

“Karena cahaya sudah terjerat dengan simpul pertama, maka ia dapat mentransfer keterikatan ini ke simpul kedua,” jelas penulis pertama Can Knaut, seorang mahasiswa Sekolah Pascasarjana Seni dan Sains Kenneth C. Griffin di laboratorium Lukin. “Kami menyebutnya ini foton-keterikatan yang dimediasi.”

Selama beberapa tahun terakhir, para peneliti telah menyewa serat optik dari sebuah perusahaan di Boston untuk menjalankan eksperimen mereka, memasang jaringan demonstrasi mereka di atas serat yang sudah ada untuk menunjukkan bahwa menciptakan web kuantum dengan jalur jaringan serupa adalah mungkin.

“Menunjukkan bahwa node jaringan kuantum dapat terjerat dalam lingkungan dunia nyata di daerah perkotaan yang sangat sibuk, merupakan langkah penting menuju jaringan praktis antar komputer kuantum,” kata Lukin.

Jaringan kuantum dua node hanyalah permulaan. Para peneliti bekerja keras untuk memperluas kinerja jaringan mereka dengan menambahkan node dan bereksperimen dengan lebih banyak protokol jaringan.

Referensi: “Keterikatan node memori kuantum nanofotonik dalam jaringan telekomunikasi” oleh CM Knaut, A. Suleymanzade, Y.-C. Wei, DR Assumpcao, P.-J. Stas, YQ Huan, B. Machielse, EN Knall, M. Sutula, G. Baranes, N. Sinclair, C. De-Eknamkul, DS Levonian, MK Bhaskar, H. Park, M. Lončar dan MD Lukin, 15 Mei 2024 , Alam.
DOI: 10.1038/s41586-024-07252-z

Pekerjaan ini didukung oleh aliansi penelitian AWS Middle for Quantum Networking dengan Harvard Quantum Initiative, Nationwide Science Basis, Middle for Ultracold Atoms (sebuah NSF Physics Frontiers Middle), Middle for Quantum Networks (sebuah NSF Engineering Analysis Middle), Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara, dan sumber lainnya.