Cahaya terang yang diarahkan melalui serat optik yang diproduksi di Universitas Bath (Kredit: Cameron McGarry, Universitas Bath)
BATH, Inggris — Dalam upaya menuju masa depan kuantum, para peneliti di University of Bath telah membuat perkembangan signifikan yang dapat merevolusi cara kita mengirimkan data di era kuantum. Inovasi mereka? Generasi baru serat optik khusus yang dirancang khusus untuk memenuhi tantangan unik komunikasi kuantum.
Saat kita berada di ambang era komputasi kuantum, yang menjanjikan daya komputasi yang tak tertandingi dan enkripsi yang tak terpecahkan, infrastruktur transmisi data kita saat ini menghadapi keterbatasan kritis. Serat optik konvensional yang menjadi tulang punggung internet global saat ini tidak mampu memenuhi tugas komunikasi kuantum. Namun jangan khawatir – solusinya sudah di depan mata, dan lebih tipis dari rambut manusia.
“Serat optik konvensional yang menjadi andalan jaringan telekomunikasi kita saat ini mentransmisikan cahaya pada panjang gelombang yang sepenuhnya diatur oleh hilangnya kaca silika,” kata rekan penulis studi Dr. Kristina Rusimova, dari Departemen Fisika di Bath, dalam sebuah pernyataan. “Namun, panjang gelombang ini tidak kompatibel dengan panjang gelombang operasional sumber foton tunggal, qubit, dan komponen optik aktif, yang diperlukan untuk teknologi kuantum berbasis cahaya.”
Hadirlah serat optik berstruktur mikro. Tidak seperti serat optik tradisional dengan inti kaca padat, serat baru ini memiliki pola kantong udara yang rumit di sepanjang serat. Perubahan yang tampaknya sederhana ini membuka kemungkinan untuk mengendalikan dan memanipulasi cahaya dengan cara yang sangat penting bagi teknologi kuantum.
Salah satu aplikasi serat-serat ini yang paling menarik adalah dalam menciptakan blok-blok penyusun internet kuantum. Dengan merancang struktur serat-serat ini secara cermat, para peneliti dapat menghasilkan pasangan-pasangan foton yang saling terikat – partikel-partikel cahaya yang saling terkait erat, tidak peduli seberapa jauh jaraknya. Keterikatan kuantum ini adalah rahasia yang memungkinkan banyak teknologi kuantum.
“Internet kuantum merupakan unsur penting dalam mewujudkan janji besar dari teknologi kuantum yang sedang berkembang. Sama seperti internet yang ada saat ini, internet kuantum akan bergantung pada serat optik untuk mengirimkan informasi dari satu simpul ke simpul lainnya,” kata Dr. Cameron McGarry, penulis pertama makalah tersebut. “Serat optik ini kemungkinan besar akan sangat berbeda dengan yang digunakan saat ini dan akan memerlukan teknologi pendukung yang berbeda agar dapat berfungsi dengan baik.”
Namun potensi serat-serat ini tidak hanya sekadar mentransmisikan informasi kuantum. Serat-serat ini juga dapat memainkan peran penting dalam komputasi kuantum itu sendiri. Dr. McGarry menjelaskan: “Pola kantong-kantong udara inilah yang memungkinkan para peneliti untuk memanipulasi sifat-sifat cahaya di dalam serat dan menciptakan pasangan-pasangan foton yang saling terjerat, mengubah warna foton, atau bahkan menjebak atom-atom individual di dalam serat.”
Keserbagunaan ini berarti bahwa serat berstruktur mikro dapat menjalankan berbagai fungsi dalam jaringan kuantum. Serat tersebut dapat bertindak sebagai sumber foton yang terjerat, mengubah panjang gelombang cahaya yang berbeda (penting untuk menghubungkan berbagai jenis sistem kuantum), berfungsi sebagai sakelar dengan kerugian rendah, atau bahkan berfungsi sebagai memori kuantum.
“Kemampuan serat untuk membatasi cahaya dengan rapat dan mengangkutnya dalam jarak jauh itulah yang membuatnya berguna,” kata Dr. Alex Davis, EPSRC Quantum Career Acceleration Fellow di Bath. “Selain menghasilkan foton yang terjerat, hal ini memungkinkan kita untuk menghasilkan keadaan kuantum cahaya yang lebih eksotis dengan aplikasi dalam komputasi kuantum, penginderaan presisi, dan enkripsi pesan yang tidak dapat ditembus.”
Meskipun potensi penuh komputasi kuantum belum terwujud, pengembangan serat khusus ini merupakan langkah maju yang signifikan. Serat ini mengatasi salah satu tantangan utama dalam membangun internet kuantum yang praktis, yaitu kebutuhan akan media yang sesuai untuk mengirimkan informasi kuantum dalam jarak jauh.
Revolusi kuantum sedang berlangsung, dan berkat serat optik inovatif ini, kita selangkah lebih dekat untuk siap menyambutnya.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Para peneliti di University of Bath telah mengembangkan dan mempelajari berbagai jenis serat optik berstruktur mikro. Serat-serat ini dibuat dengan pola lubang udara yang rumit yang mengalir melalui intinya, yang memungkinkan kontrol yang tepat atas sifat-sifat cahaya yang melewatinya. Tim telah mengeksplorasi bagaimana serat-serat ini dapat digunakan untuk menghasilkan keadaan kuantum cahaya, melakukan konversi frekuensi kuantum, dan mengirimkan informasi kuantum dalam jarak yang jauh.
Hasil
Studi ini menyoroti beberapa kemampuan utama serat optik berstruktur mikro:
- Pembangkitan pasangan foton terjerat, yang krusial untuk banyak aplikasi kuantum.
- Kemampuan untuk mengkonversi antara panjang gelombang cahaya yang berbeda, memungkinkan kompatibilitas antara sistem kuantum yang berbeda.
- Potensi untuk bertindak sebagai memori kuantum dengan menjebak atom dalam struktur serat.
- Kapasitas untuk menciptakan keadaan kuantum cahaya eksotis yang berguna untuk komputasi dan penginderaan kuantum.
Keterbatasan
Meskipun makalah ini menyajikan banyak aplikasi yang menjanjikan, masih ada tantangan yang harus diatasi:
- Membuat serat khusus berukuran panjang dengan sifat yang konsisten merupakan tantangan teknis.
- Mengintegrasikan serat ini dengan jaringan optik dan perangkat kuantum yang ada mungkin memerlukan solusi rekayasa tambahan.
- Potensi penuh serat ini dalam jaringan kuantum dunia nyata belum dibuktikan.
Diskusi dan Kesimpulan
Para peneliti berpendapat bahwa serat optik berstruktur mikro dapat memainkan peran penting dalam pengembangan teknologi kuantum, khususnya dalam menciptakan internet kuantum. Serat ini menawarkan kemampuan unik yang tidak mungkin dilakukan dengan serat optik konvensional, sehingga sangat sesuai dengan kebutuhan khusus komunikasi dan komputasi kuantum. Pekerjaan di University of Bath meletakkan dasar bagi jaringan kuantum masa depan dan dapat membantu mengatasi beberapa tantangan utama dalam mewujudkan teknologi kuantum praktis.
Pendanaan dan Pengungkapan
Penelitian ini dilakukan di University of Bath, dengan dukungan dana dari berbagai sumber termasuk Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC). Dr. Alex Davis tercatat sebagai EPSRC Quantum Career Acceleration Fellow. Para peneliti berafiliasi dengan lembaga akademis, yang menunjukkan bahwa ini terutama merupakan penelitian akademis yang bertujuan untuk memajukan pemahaman dan kemampuan mendasar serat optik untuk aplikasi kuantum.
