Permainan terikat: Cina, AS, dan Eropa mencapai tonggak teknologi internet kuantum pada waktu yang hampir bersamaan

Kemampuan untuk memanfaatkan keterikatan dipandang sebagai langkah penting menuju internet kuantum, menjanjikan cara untuk menghasilkan kunci kriptografi acak untuk informasi yang dikodekan begitu cepat sehingga menjadi hampir tidak dapat dipecahkan. Ini juga dapat digunakan untuk menghubungkan komputer kuantum, memperluas kemampuan operasionalnya.

Prestasi tim Cina dan AS dirinci di Nature, sementara makalah peneliti Belanda diunggah sebagai pracetak di situs repositori arXiv pada bulan April dan belum menjalani peer review.

Para peneliti China – yang dipimpin oleh “bapak kuantum” negara itu Pan Jianwei – dari Universitas Sains dan Teknologi China (USTC), menggambarkan pencapaian itu sebagai “tonggak penting” dalam transisi ke eksperimen skala yang lebih besar.

Penulis utama makalah Belanda Ronald Hanson, seorang fisikawan di Delft University of Technology, mengatakan “langkah itu sekarang benar-benar telah dibuat dari laboratorium dan masuk ke lapangan”, menurut rilis berita dari Nature.

Tim dari Universitas Harvard, yang dipimpin oleh fisikawan Mikhail Lukin, mengatakan “tantangan utama” dalam mewujudkan komunikasi kuantum jarak jauh yang praktis “melibatkan keterikatan yang kuat antara node memori kuantum yang dihubungkan oleh infrastruktur serat optik”.

Setiap node berisi qubit – versi kuantum dari bit komputer, unit dasar informasi yang diwakili oleh 0 atau 1 yang juga dapat ada dalam keadaan gabungan ketiga – yang berkomunikasi melalui “saluran fotonik”, kata para peneliti AS.

Sementara masing-masing tim menunjukkan keterikatan kuantum dengan menggunakan kabel serat optik untuk membuat koneksi aman antara perangkat node penerima, pendekatan mereka berbeda.

Para peneliti AS menghubungkan dua node yang diposisikan berdampingan di laboratorium Harvard di Cambridge, Massachusetts menggunakan loop serat 35km (22 mil) yang membentang ke Boston.

Tim China menyiapkan tiga node – disebut Alice, Bob dan Charlie – dalam jaringan segitiga di sekitar Hefei, ibukota provinsi Anhui dan rumah bagi USTC, dengan laboratorium server pusat di tengah, semuanya pada jarak sekitar 10km (6 mil).

Di Belanda, total 25km (15 mil) serat membentang dari Delft ke Den Haag, menghubungkan dua node dengan server di titik tengah.

Pan dan para penelitinya mengoperasikan skema foton tunggal, menggunakan qubit yang dikodekan dalam ansambel atom rubidium, untuk mengirim satu foton dari setiap node ke server untuk terjerat, menurut makalah itu.

Jika dua foton tiba di server pada waktu yang sama, keadaan terjerat tercapai, kata para peneliti China.

“Pekerjaan kami menyediakan test bed skala metropolitan untuk evaluasi dan eksplorasi protokol jaringan kuantum multi-node dan memulai tahap penelitian internet kuantum,” menurut makalah itu.

Pan mengatakan kepada Nature bahwa timnya berharap dapat membangun keterikatan di 1.000 km (621 mil) serat optik menggunakan sekitar 10 node pada akhir dekade ini.

Alih-alih mengandalkan ansambel atom, tim AS menggunakan perangkat berlian dengan atom karbon digantikan oleh atom silikon. “Pada dasarnya, kami menjerat dua komputer kuantum kecil,” kata Lukin.

Dalam percobaan AS, foton tunggal dikirim ke simpul pertama di mana ia terjerat dengan atom silikon sebelum dikirim di sekitar loop serat untuk meraih atom silikon kedua di simpul lain, memungkinkan belitan.

Dalam pendekatan yang mirip dengan rekan-rekan mereka di AS, para peneliti Belanda menggunakan atom nitrogen yang tertanam dalam kristal berlian.

Laporan Nature mencatat bahwa metode Cina dan Belanda bergantung pada waktu yang sangat tepat untuk kedatangan foton di server pusat, membutuhkan tingkat penyesuaian yang tidak dilakukan oleh metode peneliti AS.

Menurut Nature, metode atom tunggal kurang efisien daripada pendekatan ansambel tim China, tetapi lebih mudah beradaptasi karena dapat digunakan untuk melakukan perhitungan dasar.

Siaran pers dari USTC mengatakan metode para peneliti China mencapai efisiensi keterikatan “dua kali lipat” lebih tinggi daripada rekan-rekan mereka di AS.

Sementara demonstrasi keterikatan antara node yang terletak di kota adalah pencapaian besar, Hanson mengatakan kepada Nature bahwa “itu tidak berarti itu berguna secara komersial, tetapi ini adalah langkah besar”.

Fisikawan Tracy Northup dari University of Innsbruck Austria, yang tidak terlibat dalam studi apa pun, mengatakan eksperimen itu adalah “demonstrasi paling maju sejauh ini,” dari teknologi yang dibutuhkan untuk mengembangkan internet kuantum, menurut Nature.