PRIORITAS, 30/12/24 (Jakarta): Teleportasi kuantum, yang dulunya hanya ada di halaman-halaman fiksi ilmiah, kini perlahan menjadi pencapaian ilmiah yang nyata. Kemajuan dalam mekanika kuantum selama dekade terakhir telah mengubah teleportasi dari konsep teoritis menjadi realitas eksperimental.
Terobosan-terobosan ini telah mengungkap metode-metode inovatif untuk mengirimkan informasi secara instan melintasi jarak yang sangat jauh, yang menawarkan kemungkinan-kemungkinan transformatif untuk komputasi, komunikasi, dan kriptografi. Para ilmuwan kini semakin dekat untuk menjembatani kesenjangan antara imajinasi dan realitas di bidang yang mutakhir ini.
Sains Teleportasi Kuantum
Pada intinya, teleportasi di dunia kuantum bukanlah tentang memindahkan objek atau orang secara fisik, seperti yang dipopulerkan oleh waralaba seperti Star Trek. Sebaliknya, hal itu melibatkan transmisi status kuantum—pada dasarnya sifat dasar partikel seperti elektron atau foton—tanpa pergerakan fisik partikel itu sendiri.
Hal ini dimungkinkan melalui keterikatan kuantum, sebuah fenomena di mana dua atau lebih partikel menjadi saling terhubung sedemikian rupa sehingga status salah satu secara langsung memengaruhi yang lain, tidak peduli seberapa jauh jaraknya.
Pada bulan April 2022, sebuah studi inovatif yang dipimpin Dr. Jian-Wei Pan, seorang fisikawan di Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok, melaporkan rekor baru dalam jarak teleportasi kuantum. Dengan menggunakan foton yang terjerat, Pan dan timnya berhasil mentransmisikan informasi kuantum sejauh 1.200 kilometer melalui satelit.
Diterbitkan dalam Physical Review Letters, studi tersebut menandai lompatan signifikan dari eksperimen sebelumnya yang dibatasi hingga puluhan atau ratusan kilometer.
“Kami telah menunjukkan bahwa keterikatan kuantum dapat dipertahankan dalam jarak yang sangat jauh menggunakan tautan berbasis satelit,” kata Dr. Pan, “Hal ini membuka jalan bagi jaringan komunikasi kuantum berskala global.”
Keterikatan di ujung kemungkinan
Kunci keberhasilan eksperimen ini terletak pada penggunaan Micius, satelit Tiongkok yang diluncurkan pada tahun 2016 khusus untuk eksperimen kuantum. Micius menciptakan pasangan foton yang terjerat dan mentransmisikan satu foton ke stasiun darat sementara yang lain tetap berada di satelit. Ketika foton di bumi dimanipulasi, kembarannya di luar angkasa langsung mencerminkan perubahan yang sama, membuktikan bahwa keterikatan berlaku bahkan pada jarak yang sangat jauh.
Dalam studi pelengkap yang diterbitkan di Nature, para peneliti di Universitas Teknologi Delft di Belanda mencapai teleportasi status kuantum dengan ketelitian tinggi antara dua simpul jaringan tanpa kehilangan informasi.
Dengan menggunakan pusat nitrogen-lowongan dalam berlian untuk membuat dan menyimpan “bit kuantum” (qubit), mereka menunjukkan tingkat akurasi teleportasi sebesar 90 persen, sebuah rekor untuk jaringan kuantum terestrial.
“Mencapai tingkat akurasi yang begitu tinggi menunjukkan bahwa jaringan kuantum praktis dapat dilakukan,” kata Dr. Ronald Hanson, ilmuwan utama proyek tersebut. “Hal ini membawa kita lebih dekat untuk membangun internet kuantum yang mampu melakukan komunikasi yang tidak dapat diretas,” lanjutnya.
Mengatasi derau dalam teleportasi kuantum
Kendala utama dalam teleportasi kuantum adalah derau—gangguan yang tidak diinginkan yang dapat mengganggu transmisi informasi kuantum. Pada bulan Mei 2024, para peneliti dari Universitas Turku di Finlandia dan Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok di Hefei, membuat penemuan yang luar biasa: jenis derau tertentu sebenarnya dapat meningkatkan kualitas teleportasi kuantum.
Dengan memanfaatkan keterikatan hibrida multipartit, yang melibatkan keterikatan berbagai sifat fisik partikel, mereka mencapai teleportasi yang hampir sempurna bahkan di lingkungan yang bising. Profesor Chuan-Feng Li dari Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok menyatakan, “Ini adalah eksperimen pembuktian prinsip yang signifikan dalam konteks salah satu protokol kuantum yang paling penting.”
Berdasarkan hal ini, pada bulan Juni 2024, tim yang dipimpin Akademisi Guangcan Guo, mencapai ketepatan teleportasi hampir 90% meskipun ada gangguan lingkungan. Mereka menggunakan metode baru yang melibatkan keterikatan hibrida antara polarisasi dan frekuensi foton, yang secara efektif menangkal gangguan gangguan.
Kemajuan ini merupakan langkah signifikan menuju sistem komunikasi kuantum praktis yang mampu beroperasi dalam kondisi dunia nyata.
Ketepatan teleportasi kuantum optimal dalam dimensi sembarang
Pada bulan November 2024, para peneliti dari Universitas Pos dan Telekomunikasi Beijing dan Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok menerbitkan sebuah studi di Physical Review Applied yang merinci pendekatan umum untuk mencapai kesetiaan teleportasi kuantum optimal di berbagai dimensi.
Mereka secara eksperimental memverifikasi metode mereka menggunakan teleportasi kuantum tiga dimensi, menunjukkan validitasnya dan membuka jalan bagi protokol komunikasi kuantum yang lebih kompleks.
Perutean kuantum dengan teleportasi
Perkembangan penting lainnya pada bulan September 2024 melibatkan perutean kuantum menggunakan teleportasi. Para peneliti dari Universitas Maryland dan Universitas Cambridge menerbitkan sebuah studi di Physical Review Research yang mengeksplorasi implementasi permutasi qubit sewenang-wenang di bawah kendala interaksi.
Mereka menunjukkan bahwa dengan mendistribusikan keterikatan dan menggunakan operasi lokal dan komunikasi klasik (LOCC) untuk melakukan teleportasi kuantum, adalah mungkin untuk mencapai percepatan melalui metode perutean berbasis swap tradisional. Temuan ini memiliki implikasi yang signifikan bagi efisiensi jaringan komputasi kuantum.
Implikasi di dunia nyata, dari keamanan hingga komputasi
Implikasi dari kemajuan ini sangat mendalam. Teleportasi kuantum dapat mengarah pada pengembangan jaringan kuantum yang mengirimkan data dengan keamanan yang tak tertandingi.
Metode enkripsi tradisional bergantung pada algoritme kompleks yang secara teori dapat dipecahkan oleh komputer yang cukup canggih. Namun, komunikasi kuantum menggunakan partikel yang terjerat untuk mendeteksi penyadapan apa pun, karena gangguan apa pun mengganggu status terjerat dan memberi tahu pengirim dan penerima.
Bagi pemerintah dan industri yang bergantung pada komunikasi yang aman—seperti perbankan, perawatan kesehatan, dan pertahanan nasional—ini dapat berarti tingkat perlindungan data yang belum pernah terjadi sebelumnya. Aliansi Internet Kuantum Uni Eropa saat ini menginvestasikan jutaan dolar untuk membangun jaringan komunikasi kuantum di seluruh benua pada tahun 2030.
Di luar keamanan, teleportasi kuantum dapat meningkatkan komputasi kuantum, di mana informasi diproses secara eksponensial lebih cepat daripada dalam komputasi klasik. Sebuah studi dari University of Chicago, yang dipimpin oleh fisikawan Dr. David Schuster, mengungkapkan bahwa teleportasi dapat menghubungkan prosesor kuantum lintas jarak secara efisien.
Diterbitkan di Nature Communications, penelitian tersebut menguraikan metode untuk meningkatkan skala komputer kuantum dengan menghubungkan prosesor melalui foton yang terjerat. Hal ini mengatasi keterbatasan kabel fisik, sehingga memungkinkan sistem yang lebih kuat dan saling terhubung.
“Teleportasi status kuantum antarprosesor merupakan langkah besar menuju terciptanya komputer kuantum yang dapat diskalakan,” kata Dr. Schuster. “Teknologi ini dapat merevolusi industri mulai dari penemuan obat hingga kecerdasan buatan.”
Tantangan di masa depan
Meskipun keberhasilan ini, teleportasi kuantum menghadapi rintangan yang signifikan. Salah satu tantangan utama adalah dekoherensi—hilangnya informasi kuantum karena faktor lingkungan seperti fluktuasi suhu atau interferensi elektromagnetik. Hal ini membuat mempertahankan keterjeratan dalam jangka waktu yang lama menjadi prestasi teknis.
Selain itu, infrastruktur yang dibutuhkan untuk jaringan kuantum skala besar masih dalam tahap awal. Misalnya, mentransmisikan foton melalui serat optik menyebabkan hilangnya sinyal pada jarak lebih dari 100 kilometer, yang dapat diatasi oleh satelit seperti Micius. Namun, menciptakan jaringan kuantum global akan memerlukan pendekatan hibrida, yang menggabungkan tautan satelit dengan kabel serat optik terestrial.
Biaya adalah pertimbangan lainnya. Membangun dan memelihara infrastruktur kuantum mahal, dengan banyak proyek bergantung pada pendanaan pemerintah. Misalnya, Inisiatif Kuantum Nasional AS, yang diluncurkan pada tahun 2018, telah mengalokasikan lebih dari $1 miliar untuk penelitian kuantum, termasuk teleportasi. Investasi serupa dilakukan oleh Uni Eropa dan Tiongkok. (P-ht) – Diterjemahkan dari ‘thebrighterside.news’ edisi 24 Desember 2024
