Para peneliti di Belanda telah berhasil menghubungkan tiga prosesor kuantum terpisah yang secara efektif jaringan kuantum multi-node pertama di dunia.
Ini membuka jalan bagi internet kuantum skala besar yang telah menjadi mimpi pemerintah dan ilmuwan selama beberapa dekade.
QuTech, lembaga penelitian kuantum yang berbasis di Delft. Telah menerbitkan karya baru di mana tiga node yang dapat menyimpan dan memproses bit kuantum (qubit) terkait. Ini, menurut peneliti QuTech, adalah jaringan kuantum dasar pertama di dunia.
Ini akan menjadi pertanda media perhitungan yang sama sekali baru. Memanfaatkan kekuatan partikel subatomik untuk melenyapkan hambatan waktu dalam memecahkan masalah yang tidak terhitung.
Menghubungkan perangkat kuantum sama sekali bukan hal baru. Banyak peneliti di seluruh dunia saat ini bekerja pada jaringan serupa, tetapi sejauh ini hanya berhasil menghubungkan dua prosesor kuantum.
Oleh karena itu, membangun koneksi multi-node adalah langkah kunci menuju memperluas ukuran jaringan secara signifikan.
Mendorong banyak upaya penelitian adalah tujuan menciptakan internet kuantum yang suatu hari bisa membentang di permukaan planet ini.
Alasan peneliti mengembangkan jaringan kuantum
Internet kuantum akan mengeksploitasi hukum aneh mekanika kuantum untuk membiarkan perangkat kuantum berkomunikasi satu sama lain.
Dan berharap untuk membuka berbagai aplikasi yang tidak dapat berjalan dengan cara klasik yang ada.
Misalnya, internet kuantum dapat menghubungkan bersama perangkat kuantum kecil untuk membuat klaster kuantum besar dengan kekuatan komputasi yang lebih dari superkomputer klasik paling canggih.
“Internet kuantum akan membuka berbagai aplikasi baru, dari komunikasi yang tidak dapat diretas dan komputasi cloud dengan privasi pengguna lengkap hingga penyimpanan waktu presisi tinggi,” kata Matteo Pompili, anggota tim peneliti QuTech. “
Dan seperti dengan Internet 40 tahun yang lalu, mungkin ada banyak aplikasi yang tidak dapat kita ram sekarang.”
Alasan tim peneliti mengembangkan sistem berdasarkan node menengah
Salah satu sifat kuantum utama yang mendasari internet kuantum adalah keterlibatan – fenomena yang terjadi ketika penggabungan dua partikel kuantum sedemikian rupa sehingga mereka menjadi terhubung secara mendasar. Tidak peduli seberapa jauh secara fisik mereka satu sama lain.
Ketika dua partikel kuantum terjerat, sifat-sifat mereka menjadi terkait, yang berarti bahwa setiap perubahan pada salah satu partikel pasti akan tercermin di yang lain.
Dalam komunikasi kuantum, ini berarti bahwa para ilmuwan dapat secara efektif menggunakan partikel yang terjerat untuk ‘teleportasi’ informasi dari penggabungan satu qubit ke pasangannya. Bahkan jika keduanya berada dalam perangkat kuantum terpisah.
Namun, agar sistem dapat bertahan, keterlibatan harus ditetapkan dan dipelihara sejak awal. Dalam dekade terakhir, ini telah dicapai oleh banyak kelompok penelitian, biasanya dengan menciptakan hubungan fisik antara dua perangkat kuantum.
Melalui tautan ini, seringkali serat optik, qubit dapat terbuat, terjerat dan kemudian didistribusikan di antara dua perangkat kuantum terpisah.
Tetapi dua node hampir tidak cukup untuk membuat jaringan skala besar; dan dalam kabel serat optik, misalnya, kegagalan mempertahankan setelah sekitar 100 kilometer. Yang berarti bahwa pembatasan pengaturan jaringan kuantum sejauh ini oleh jarak pendek yang dapat mereka tutupi.
Inilah sebabnya mengapa tim peneliti QuTech telah mengembangkan sistem berdasarkan node menengah. Mirip dengan router di internet klasik, yang dapat mempertahankan keterlibatan dalam jarak yang lebih besar.
Bob, Alice dan Charlie
Arsitektur yang dari para ilmuwan tampaknya mudah. Sebuah node tengah, dengan nama Bob, memiliki koneksi fisik ke dua node luar, yang disebut Alice dan Charlie. Ini berarti bahwa penetapan keterlibatan antara Bob dan masing-masing node luar.
Bob terlengkapi dengan dua qubit, salah satunya adalah qubit memori yang memungkinkan perangkat untuk menyimpan tautan kuantum yang mapan.
Misalnya dengan Alice, sambil membuat, berkat qubit komunikasinya, tautan baru dengan node lain – dalam skenario ini, dengan Charlie. Komputer kuantum menawarkan janji besar untuk kriptografi dan masalah pengoptimalan.
Setelah kedua tautan dengan node luar dibuat. Bob menghubungkan dua qubitnya sendiri secara lokal, yang menciptakan jaringan yang sepenuhnya terhubung dengan keterlibatan antara ketiga node.
Ini berarti bahwa tautan kuantum dapat berdiri antara Alice dan Charlie, bahkan tanpa hubungan fisik langsung antara kedua node.
Usaha tim QuTech untuk mengembangkan jaringan kuantum
Tim QuTech juga mengembangkan protokol jaringan kuantum pertama, dengan sinyal bendera yang menunjukkan bahwa setiap operasi telah berhasil diselesaikan.
“Keuntungan utama dari demonstrasi ini adalah bahwa kami memiliki cara yang dapat diskalakan untuk menghubungkan beberapa node ke dalam jaringan,” Kata Ronald Hanson, yang memimpin tim peneliti.
“Kami memiliki memori yang dapat menyimpan keadaan terjerat sementara persiapan keterlibatan baru. Dan kami memiliki sinyal heralding yang memberitahu kami ketika keterlibatan berhasil.”
“Ini memungkinkan kami untuk membuat keterlibatan antara tiga node yang siap digunakan untuk pemrosesan lebih lanjut atau protokol lainnya. Ini adalah pertama kalinya pencapaian dalam pengaturan jaringan kuantum apa pun.”
Jaringan baru akan menyediakan testbed untuk mengembangkan perangkat keras, perangkat lunak, dan protokol internet kuantum baru; tetapi eksperimen juga harus berkembang dari bukti konsep menjadi solusi yang dapat dikerjakan untuk meningkatkan jaringan kuantum.
Efeknya, para peneliti sejauh ini ‘hanya’ terhubung tunggal, qubit terpisah, daripada prosesor kuantum.
Mereka sekarang akan fokus pada penambahan lebih banyak qubit ke jaringan tiga node mereka. Dan pada menambahkan lapisan perangkat lunak dan perangkat keras tingkat yang lebih tinggi.
Tetapi di masa depan, tim mengharapkan pendekatan saat ini untuk diuji di luar laboratorium pada serat telekomunikasi yang ada.
Dukungan Aliansi Internet Kuantum
“Internet kuantum masa depan akan terdiri dari perangkat kuantum yang tak terhitung jumlahnya dan node perantara,” kata Hanson.
“Kolega di QuTech sudah mencari kompatibilitas di masa depan dengan infrastruktur data yang ada.”
Dukungan Aliansi Internet Kuantum Uni Eropa untuk penelitian QuTech. Yang merupakan bagian dari blok ini selama satu dekade
€ 1 miliar ($ 1,2 miliar) Quantum Flagship — sebuah inisiatif yang rilis pada tahun 2018 untuk meningkatkan penelitian dan pengembangan kuantum.
Uni Eropa masih jauh dari sendirian dalam mempromosikan perkembangan internet kuantum. China dan AS sama-sama tertarik untuk memajukan jaringan kuantum, dan telah mencapai tonggak sejarah di lapangan.
Para ilmuwan Cina, misalnya, baru-baru ini membangun keterlibatan atas pemecahan rekor 1.200 kilometer.
Awal tahun ini, para ilmuwan dari Cleland Labs di AS juga berhasil untuk pertama kalinya dalam menjerat dua qubit terpisah dengan menghubungkan mereka melalui kabel.
Harapan terobosan lain yang dapat mempercepat penciptaan jaringan kuantum.
