Gambar 1. Foton sinyal, yang dimanipulasi oleh sirkuit fotonik terpadu, menciptakan qudit 4D yang direpresentasikan oleh sekumpulan bola oranye. Sementara itu, foton diam, yang direpresentasikan oleh bola biru, bertindak sebagai pengendali jarak jauh untuk foton sinyal.
Kredit: Haoqi Zhao, Yichi Zhang, Zihe Gao, Jieun Yim, Shuang Wu, Natalia M. Litchinitser, Li Ge, dan Liang Feng, diedit
Para peneliti telah mengembangkan metode terobosan untuk transmisi informasi kuantum menggunakan partikel cahaya yang disebut qudit, yang memanfaatkan mode spasial dan sifat polarisasi untuk memungkinkan switch information yang lebih cepat dan lebih aman serta meningkatkan ketahanan terhadap kesalahan.
Teknologi ini dapat meningkatkan kemampuan web kuantum secara signifikan, menyediakan komunikasi jarak jauh yang aman, dan mengarah pada pengembangan komputer kuantum yang canggih serta enkripsi yang tidak dapat dipecahkan.
Para ilmuwan telah membuat terobosan signifikan dalam menciptakan metode baru untuk mentransmisikan informasi kuantum menggunakan partikel cahaya yang disebut qudit. Qudit ini menjanjikan web kuantum masa depan yang aman dan kuat.
Secara tradisional, informasi kuantum dikodekan pada qubit, yang dapat berada dalam keadaan 0, 1, atau keduanya pada saat yang sama (superposisi). Kualitas ini membuatnya excellent untuk kalkulasi yang rumit tetapi membatasi jumlah information yang dapat dibawanya dalam komunikasi. Sebaliknya, qudit dapat mengkodekan informasi dalam dimensi yang lebih tinggi, mentransmisikan lebih banyak information sekaligus.
Perbedaan Qubit dan Qudit
Qubit dan qudit keduanya merupakan satuan informasi kuantum, tetapi keduanya berbeda terutama dalam kapasitasnya untuk menyimpan informasi. Qubit, satuan dasar yang digunakan dalam komputasi kuantumdapat berada dalam dua keadaan secara bersamaan karena superposisi kuantum, yang biasanya direpresentasikan sebagai 0 dan 1, seperti bit dalam komputasi klasik. Hal ini memungkinkannya untuk melakukan komputasi kompleks secara lebih efisien daripada bit klasik.
Qudit, di sisi lain, adalah generalisasi dari qubit dan dapat ada di D negara-negara secara bersamaan, dimana D > 2. Dimensionalitas yang lebih tinggi ini memungkinkan qudit menampung lebih banyak informasi daripada qubit, yang berpotensi menghasilkan pemrosesan information dan komunikasi yang lebih efisien dalam sistem kuantum, karena qudit dapat melakukan operasi yang memerlukan banyak qubit dengan lebih sedikit qudit, sehingga meningkatkan efisiensi dan mengurangi kompleksitas dalam algoritma kuantum.
Memanfaatkan Properti Cahaya untuk Qudit Tingkat Lanjut
Teknik baru ini memanfaatkan dua sifat cahaya – mode spasial dan polarisasi – untuk menciptakan qudit empat dimensi. Qudit ini dibangun pada chip khusus yang memungkinkan manipulasi yang tepat. Manipulasi ini menghasilkan kecepatan switch information yang lebih cepat dan peningkatan ketahanan terhadap kesalahan dibandingkan dengan metode konvensional.
Salah satu keuntungan utama pendekatan ini adalah kemampuan qudit untuk mempertahankan sifat kuantumnya dalam jarak yang jauh. Hal ini membuatnya sempurna untuk aplikasi seperti komunikasi kuantum berbasis satelit, di mana information perlu menempuh jarak yang sangat jauh tanpa kehilangan integritasnya.
Gambar 2. (a) Matriks kepadatan yang diperoleh secara eksperimen (baris atas) dan diprediksi secara teoritis (baris bawah) dari dua standing kuantum yang dipilih. (b) Matriks probabilitas deteksi yang diperoleh secara teoritis (panel kiri) dan eksperimental (panel kanan). Kredit: Haoqi Zhao, Yichi Zhang, Zihe Gao, Jieun Yim, Shuang Wu, Natalia M. Litchinitser, Li Ge, dan Liang Feng
Mekanisme Keterikatan Kuantum
Proses ini dimulai dengan menghasilkan keadaan terjerat khusus menggunakan dua foton. Keterjeratan adalah fenomena di mana dua partikel menjadi terhubung, berbagi nasib yang sama terlepas dari pemisahan fisik. Dalam hal ini, satu foton (foton sinyal) dimanipulasi pada chip untuk menciptakan qudit 4D menggunakan mode spasial dan polarisasinya. Foton lainnya (foton diam) tetap tidak berubah dan bertindak sebagai pengendali jarak jauh untuk foton sinyal (Gbr. 1).
Dengan memanipulasi foton pemalas, para ilmuwan dapat mengendalikan keadaan foton sinyal dan mengodekan informasi ke dalamnya (Gbr. 2).
Potensi Masa Depan Teknologi Qudit Kuantum
Metode baru ini berpotensi merevolusi bidang komunikasi kuantum. Metode ini membuka jalan bagi web kuantum berkecepatan tinggi yang dapat mengirimkan sejumlah besar information secara aman dalam jarak jauh. Selain itu, metode ini dapat mengarah pada pengembangan protokol enkripsi yang tidak dapat dipecahkan dan berkontribusi pada penciptaan komputer kuantum canggih yang mampu mengatasi masalah di luar jangkauan komputer klasik.
Para peneliti saat ini sedang fokus pada peningkatan ketepatan qudit dan meningkatkan teknologi untuk menangani dimensi yang lebih tinggi. Mereka percaya pendekatan ini berpotensi merevolusi komunikasi kuantum.
Referensi: “Persiapan terpadu dan manipulasi foton terstruktur terbang berdimensi tinggi” oleh Haoqi Zhao, Yichi Zhang, Zihe Gao, Jieun Yim, Shuang Wu, Natalia M. Litchinitser, Li Ge dan Liang Feng, 29 Juni 2024, Cahaya.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1186/s43593-024-00066-6
