Para ilmuwan telah menciptakan sumber cahaya “luar biasa terang” yang dapat menghasilkan foton terjerat kuantum (partikel cahaya) yang dapat digunakan untuk mengirimkan data secara aman dalam jaringan komunikasi kuantum berkecepatan tinggi di masa depan.
Internet kuantum masa depan dapat mengirimkan informasi menggunakan pasangan terjerat foton — yang berarti partikel berbagi informasi dari waktu ke waktu dan ruang tanpa memandang jarak. Berdasarkan hukum aneh mekanika kuantumInformasi yang dikodekan ke dalam foton-foton yang terjerat ini dapat ditransfer pada kecepatan tinggi sementara “koherensi kuantum” mereka — suatu keadaan di mana partikel-partikel terjerat — memastikan data tidak dapat dicegat.
Namun, salah satu tantangan utama dalam membangun internet kuantum adalah bahwa kekuatan foton-foton ini dapat memudar semakin jauh jaraknya; sumber cahayanya tidak cukup terang. Untuk membangun internet kuantum yang berhasil dan dapat mengirim data melalui jarak yang sangat jauh, foton harus cukup kuat untuk mencegah “dekoherensi” — di mana keterikatan hilang dan informasi yang dikandungnya menghilang.
Dalam penelitian yang diterbitkan pada tanggal 24 Juli di jurnal CahayaIlmuwan dari Eropa, Asia, dan Amerika Selatan menciptakan jenis baru sumber sinyal kuantum menggunakan teknologi yang ada yang mencapai kecerahan sangat tinggi.
Terkait: Data kuantum dipancarkan bersamaan dengan 'data klasik' dalam koneksi serat optik yang sama untuk pertama kalinya
Mereka mencapainya dengan menggabungkan pemancar titik foton (generator foton tunggal, atau partikel cahaya) dengan resonator kuantum (perangkat untuk memperkuat tanda tangan kuantum) untuk menciptakan sinyal kuantum baru yang kuat.
Yang membuat penelitian terbaru ini sangat menarik adalah bahwa masing-masing teknologi telah terbukti secara independen di laboratorium, tetapi hanya diuji secara terpisah. Penelitian ini adalah pertama kalinya teknologi tersebut digunakan secara bersamaan.
Para peneliti menggabungkan pemancar titik foton dengan resonator Bragg melingkar (reflektor yang digunakan untuk mengarahkan gelombang elektromagnetik) pada aktuator piezoelektrik (perangkat yang menghasilkan listrik saat panas atau tekanan diterapkan). Bersama-sama mereka menciptakan bentuk pemancar foton yang disempurnakan, yang dapat menyempurnakan foton yang dipancarkan untuk keterikatan terpolarisasi maksimum. Hal ini dikontrol dengan menggunakan aktuator piezoelektrik.
Pasangan foton yang dihasilkan oleh perangkat tersebut memiliki fidelitas keterikatan dan efisiensi ekstraksi yang tinggi — yang berarti bahwa setiap foton cukup terang untuk dapat digunakan dan memiliki “tanda kuantum” (sifat kuantum yang berguna) dengan baik. Sebelumnya, sulit untuk mencapai tingkat kecerahan yang berguna dan fidelitas keterikatan yang tinggi pada saat yang sama, karena setiap aspek memerlukan teknologi yang berbeda dan keduanya sulit untuk digabungkan dengan cara yang dapat diskalakan.
Ini merupakan langkah maju yang signifikan dalam pengembangan teknologi kuantum praktis, yang menunjukkan bagaimana teknologi tersebut dapat digabungkan bersama untuk menciptakan sumber cahaya yang lebih kuat dan layak.
Sayangnya, kita tidak dapat mengharapkan internet kuantum dalam waktu dekat, karena berbagai teknologi masih dalam tahap percobaan dan pengembangan. Pembuatan pemancar foton yang digunakan dalam penelitian ini juga memerlukan bahan baku beracun, termasuk arsenik, yang memerlukan penanganan khusus. Ada juga masalah keamanan seputar penggunaan galium arsenida, yang merupakan bahan pembuat pemancar titik foton. Fisher Ilmiahpemasok peralatan laboratorium dan bahan kimia untuk penelitian ilmiah, daftar galium arsenida berbahaya karena beberapa alasan, termasuk sifat karsinogeniknya.
Masalah keamanan yang berkaitan dengan penggunaan bahan-bahan ini dapat membatasi skalabilitas metodologi yang diuraikan. Oleh karena itu, bahan-bahan alternatif yang layak mungkin perlu diidentifikasi dalam menghasilkan foton-foton terang dan terjerat untuk jaringan komunikasi kuantum di masa mendatang.
Tahap selanjutnya dalam proses pengembangan adalah mengintegrasikan struktur seperti dioda ke aktuator piezoelektrik. Ini akan memungkinkan medan listrik dihasilkan di seluruh titik kuantum, untuk menangkal dekoherensi dan dengan demikian meningkatkan tingkat keterikatan.
Meskipun masih banyak langkah lebih lanjut yang harus diambil dalam mengembangkan internet kuantum, menggabungkan pemancar foton dan resonator secara sukses untuk mencapai foton dengan kecerahan dan keterikatan tinggi tetap merupakan langkah maju yang signifikan, kata para ilmuwan.