Kemajuan terkini dalam fisika kuantum telah menghasilkan lompatan maju yang signifikan: desain memori kuantum baru yang menunjukkan efisiensi dan ketelitian yang belum pernah terjadi sebelumnya. Para peneliti di Universitas Shanghai Jiao Tong dan East China Normal University telah mengembangkan memori kuantum Raman yang mampu menyimpan dan mengambil informasi kuantum dengan efisiensi 94,6% dan fidelitas 98,91% – secara efektif mendekati “kesempurnaan” dalam penyimpanan kuantum.
Tantangan Memori Kuantum
Memori kuantum adalah komponen penting untuk teknologi kuantum masa depan, termasuk komputer kuantum, komunikasi kuantum jarak jauh, dan sistem penginderaan canggih. Namun, desain sebelumnya memiliki keterbatasan yang melekat: efisiensi tinggi sering kali mengakibatkan berkurangnya fidelitas, dan sebaliknya. Hambatan utamanya adalah kebisingan yang tidak diinginkan dan fluktuasi acak yang menurunkan informasi kuantum yang disimpan. Mencapai efisiensi tinggi dan ketelitian tinggi telah menjadi tantangan utama di lapangan.
Solusi yang Dipandu Secara Matematis
Terobosan ini, yang dirinci dalam Physical Review Letters, berpusat pada pendekatan baru untuk mengendalikan interaksi atom-cahaya selama penyimpanan kuantum. Tim ini menggunakan skema Raman resonansi jarak jauh, memungkinkan penyimpanan broadband dan pemrosesan sinyal lebih cepat dibandingkan metode lainnya. Yang terpenting, mereka memperkenalkan teknik kontrol adaptif yang tepat berdasarkan prinsip pemetaan spatiotemporal cahaya atom, yang secara matematis dijelaskan oleh transformasi Hankel. Metode ini memungkinkan memori disetel ke kinerja optimal, meminimalkan noise, dan memaksimalkan fidelitas.
“Pada dasarnya, pekerjaan ini adalah pertama kalinya mengungkap mekanisme fisik di balik pemetaan cahaya atom dalam memori kuantum,” jelas Profesor Weiping Zhang, peneliti utama di Universitas Shanghai Jiao Tong. “Secara praktis, penelitian ini membuat terobosan dalam mengembangkan metode baru dan teknik yang menjanjikan untuk mencapai tolok ukur memori kuantum.”
Mematahkan Pertukaran Efisiensi-Fidelitas
Para peneliti berhasil menerapkan pendekatan mereka menggunakan uap rubidium-87 (⁸⁷Rb) yang hangat, menunjukkan bahwa trade-off antara efisiensi dan fidelitas yang sebelumnya membatasi dapat diatasi. Dengan mengendalikan interaksi atom-cahaya secara tepat, mereka mencapai kinerja yang mendekati kesatuan di kedua metrik. Hal ini mewakili langkah signifikan dalam membangun memori kuantum yang praktis dan andal untuk teknologi canggih.
Implikasi terhadap Teknologi Quantum
Terobosan ini memiliki implikasi luas bagi masa depan komputasi dan komunikasi kuantum. Memori kuantum yang andal sangat penting untuk membangun komputer kuantum yang dapat diskalakan, memungkinkan jaringan komunikasi kuantum jarak jauh, dan mengembangkan sistem penginderaan kuantum terdistribusi. Metode tim ini menawarkan jalan yang jelas menuju realisasi teknologi ini.
Tim Profesor Zhang berencana untuk mengeksplorasi lebih jauh prinsip-prinsip baru yang didorong oleh fisika dan mengintegrasikan memori mereka ke dalam repeater kuantum untuk arsitektur komputasi kuantum dan jaringan kuantum yang toleran terhadap kesalahan. Hal ini menunjukkan adanya kelanjutan inovasi di bidang ini.
Perkembangan memori kuantum yang hampir sempurna mewakili tonggak penting dalam kemajuan teknologi kuantum, membuka jalan bagi masa depan di mana komputer kuantum dan jaringan komunikasi menjadi kenyataan.
