Metasurface Baru Menciptakan Sumber Cahaya Kuantum yang Dapat Diskalakan

Menyelesaikan Cahaya Kuantum

Quantum computing memiliki banyak janji, mulai dari menyelesaikan perhitungan yang secara normal tidak dapat dihitung, berpotensi bahkan memecahkan semua bentuk enkripsi yang ada, hingga menciptakan komputer ultra-efisien dari sudut pandang konsumsi energi.

Jika komputer kuantum menjadi cukup kuat, mereka dapat merevolusi sepenuhnya bidang kedokteran melalui perhitungan instan konfigurasi 3D protein, ilmu material, pemodelan iklim, atau bahkan melatih AI.

Kemungkinan besar, komunikasi antara chip kuantum dan komputer kuantum akan dilakukan melalui penggunaan partikel elementer cahaya: foton.

Lebih tepatnya, foton terjerat, yang berinteraksi satu sama lain melalui efek kuantum, bahkan ketika terpisah. Terutama karena kini telah terbukti bahwa kita dapat menggunakan serat optik biasa untuk mentransmisikan data kuantum sejauh setidaknya puluhan kilometer.

Namun, menghasilkan foton terjerat telah menjadi tantangan besar, dan menghambat kemungkinan memperluas skala komputer kuantum ke ukuran, keandalan, dan tingkat biaya yang membuatnya berguna.

Solusi alternatif sedang dikembangkan, misalnya, produksi foton tunggal dari sumber foton yang tidak sempurna, melalui optik nonlinier dan teleportasi foton tunggal. Meningkatkan efisiensi sumber cahaya menggunakan erbium adalah opsi potensial lainnya.

Namun pada akhirnya, banyak solusi ini mungkin terlalu kompleks untuk menyelesaikan masalah, itulah mengapa metamaterial yang baru dikembangkan dapat mengubah masa depan komputer kuantum. Komponen nanoskal ini, yang mampu mentransfer informasi kuantum yang dapat diskalakan ke dalam cahaya dengan decoherence rendah, dikembangkan oleh peneliti di Universitas Harvard dan dipublikasikan dalam jurnal bergengsi Science¹ dengan judul “Metasurface quantum graphs for generalized Hong-Ou-Mandel interference”.

Sumber Cahaya Kuantum

Untuk mentransfer data antara sub-komponen komputer kuantum dan antara komputer kuantum yang berbeda, data kuantum harus dipertahankan. Hal ini biasanya dicapai melalui penciptaan partikel terjerat, terutama foton.

Partikel terjerat ini akan mereplikasi keadaan satu sama lain, bahkan ketika terpisah oleh jarak yang sangat jauh.

Sejauh ini, peneliti dalam komputasi kuantum sebagian besar menggunakan cara “tradisional” untuk menghasilkan foton terjerat. Ini dilakukan baik dengan melewatkan foton melalui waveguide pada mikrochip yang diperluas atau melalui perangkat besar yang dibangun dari lensa, cermin, dan pembagi berkas.

Masalahnya adalah sistem-sistem ini terlalu besar, kompleks, dan sulit diproduksi dalam jumlah yang cukup agar metode ini dapat diskalakan ke jumlah yang dibutuhkan oleh jaringan kuantum.

Masalah lain adalah “decoherence”. Kompleksitas matematika yang lebih besar muncul begitu jumlah foton dan, oleh karena itu, jumlah qubit mulai meningkat.

Setiap foton tambahan memperkenalkan banyak jalur interferensi baru, yang dalam pengaturan konvensional akan memerlukan jumlah pembagi berkas dan port keluaran yang meningkat secara cepat.

Metasurface Kuantum

Metamaterial

Metamaterial mengubah struktur suatu material, memberikan karakteristik yang berbeda dari sifat bahan dasar yang menyusunnya.

Hal ini biasanya dicapai dengan membuat pola berulang dengan bentuk, geometri, ukuran, orientasi, dll. yang presisi, semuanya pada skala nano.

Penciptaan mikrostruktur teratur secara terkontrol dapat menghasilkan kinerja material yang lebih baik dibandingkan komponen dasarnya. Hal ini dapat dipengaruhi oleh banyak properti berbeda, seperti elektromagnetik, akustik, kekuatan struktural, termal, dll.

Sumber: Science

Inilah yang telah diciptakan oleh peneliti Harvard, dengan jenis metasurface baru, perangkat datar yang diukir dengan pola manipulasi cahaya pada skala nano.

“Kami memperkenalkan keunggulan teknologi utama dalam menyelesaikan masalah skalabilitas.

Sekarang kami dapat meminimalisir seluruh rangkaian optik menjadi satu metasurface yang sangat stabil dan kuat.”

Kerolos M.A. Yousef – Mahasiswa Pascasarjana di Harvard

Bagaimana Metasurface Memungkinkan Cahaya Kuantum yang Dapat Diskalakan

Kompleksitas matematika dari banyak foton yang diperlukan untuk perhitungan kuantum kompleks dapat ditangani dengan cabang matematika yang disebut teori graf. Dijelaskan secara sederhana, teori ini menggunakan titik dan garis untuk merepresentasikan koneksi dan hubungan.

Sumber: Science

Meskipun teori graf digunakan dalam beberapa jenis komputasi kuantum dan koreksi kesalahan kuantum, teori ini belum digunakan dalam konteks metasurface, terutama dalam desain dan operasinya.

Teori graf memungkinkan peneliti secara visual menentukan bagaimana foton berinterferensi satu sama lain dan memprediksi efeknya dalam percobaan.

Perangkat Entanglement Foton Baru

Dengan menggunakan teori graf dan teknik manufaktur semikonduktor komersial, para peneliti menciptakan “interferometer multiport kompak”.

Mereka menggunakan teori graf untuk mengkodekan baik desain fisik maupun korelasi kuantum yang dihasilkan ke dalam nanostruktur interferometer.

“Ini juga menawarkan wawasan baru dalam pemahaman, desain, dan penerapan metasurface, terutama untuk menghasilkan dan mengendalikan cahaya kuantum. Dengan pendekatan graf, dalam suatu cara, desain metasurface dan keadaan kuantum optik menjadi dua sisi dari koin yang sama.”

Neal Sinclair – Peneliti di Universitas Harvard

Kemudian mereka menguji kinerjanya, menggunakan detektor nanokabel superkonduktor untuk mengukur perilaku foton.

Ini membuktikan bahwa pendekatan ini memberikan banyak keuntungan:

• Desain tidak memerlukan penyelarasan yang rumit, sehingga manufaktur dan pemasangan menjadi jauh lebih mudah.
• Sangat tahan terhadap gangguan, dengan kehilangan optik yang rendah.
• Mudah diproduksi, menjadikannya lebih dapat diskalakan dan lebih hemat biaya.

Pekerjaan ini sebagian besar difokuskan pada aplikasi potensial dalam komputasi kuantum.

“Namun, ini juga dapat berguna untuk penginderaan kuantum, atau menawarkan kemampuan “lab-on-a-chip” untuk penelitian ilmiah fundamental.”

“Saya bersemangat tentang pendekatan ini, karena dapat secara efisien memperluas skala komputer kuantum optik dan jaringan — yang selama ini menjadi tantangan terbesar mereka dibandingkan platform lain seperti superkonduktor atau atom,”

Neal Sinclair – Peneliti di Universitas Harvard

Berinvestasi dalam Komputasi Kuantum

Honeywell / Quantinuum

Quantinuum adalah hasil penggabungan Honeywell Quantum Solutions dan Cambridge Quantum.

Honeywell tetap menjadi pemegang saham mayoritas perusahaan (kemungkinan 52% kepemilikan) setelah putaran penggalangan dana menilai perusahaan sebesar $5B. Pendiri Ilyas Khan dilaporkan memiliki sekitar 20% perusahaan. Pemegang saham lainnya meliputi JSR Corporation, Mitsui, Amgen (AMGN ), IBM, dan JP Morgan.

IPO potensial Quantinuum di masa depan, mungkin sebagai bagian dari restrukturisasi korporasi yang lebih besar, diperkirakan bernilai hingga $20B dan mungkin terjadi antara 2026 dan 2027.

Komputasi kuantum bukan bagian utama bisnis Honeywell; fokusnya lebih pada produk di bidang dirgantara, otomasi, serta bahan kimia & material khusus.

Setiap domain ini mungkin, bagaimanapun, mendapat manfaat dari komputasi kuantum, terutama kimia komputasional dan keamanan siber kuantum, yang berpotensi memberi Honeywell keunggulan dibandingkan pesaingnya.

Model utama perusahaan saat ini adalah H2, chip ion terperangkap 56-qubit, dengan fidelitas gerbang dua-qubit sebesar 99,895%.

Tiga generasi berikutnya, yang akan mencapai lebih dari 1000 qubit, sudah direncanakan, dengan rilis selanjutnya dijadwalkan pada 2025, 2027, dan 2029.

Sumber: Quantinuum

Versi terbaru, yang disebut Apollo, akan menjadi terobosan yang memungkinkan banyak aplikasi komersial dilakukan dengan komputasi kuantum.

Kesimpulannya, melalui kombinasi kemajuan dalam kesiapan perangkat keras dan QEC, kami memiliki pandangan jelas menuju Apollo pada akhir dekade ini, sebuah mesin kuantum yang sepenuhnya toleran terhadap kesalahan dan memiliki keunggulan kuantum. Ini akan menjadi titik balik komersial: membuka era penemuan ilmiah dalam fisika, material, kimia, dan lainnya.

Perusahaan telah mengejar komputasi berkualitas tinggi dengan sangat sedikit kesalahan, alih-alih menambahkan sebanyak mungkin qubit yang rentan gagal, menciptakan apa yang disebut “komputasi kuantum toleran terhadap kesalahan”.

Pendekatan ini diberi label oleh perusahaan “Qubit lebih baik, hasil lebih baik”, dengan jumlah qubit yang serupa menghasilkan hasil yang 100-1.000 kali lebih dapat diandalkan.

Sumber: Quantinuum

Hal ini dapat secara signifikan membuat perbedaan dalam kriptografi yang tahan kuantum yang sangat dibutuhkan, dengan perusahaan pertahanan Thales (HO.PA -0,96%) sudah berkolaborasi dengan Quantinuum serta bank internasional HSBC dan JP Morgan.

Quantinuum juga menawarkan kimia komputasional kuantum proprieternya InQuanto, yang dapat digunakan untuk farmasi, ilmu material, kimia, energi, dan aplikasi dirgantara.

Seperti banyak perusahaan komputasi kuantum lainnya, Quantinuum menawarkan Helios, sebuah “hardware-as-a-service”, memungkinkan pengguna memanfaatkan komputasi kuantum tanpa harus menangani kompleksitas pengoperasian sistem secara langsung.

Quantinuum menandatangani pada November 2024 kemitraan dengan Infineon Jerman, produsen semikonduktor terbesar di Eropa. Infineon akan membawa teknologi fotoni terintegrasi dan elektronik kontrolnya untuk membantu menciptakan generasi berikutnya dari komputer kuantum ion terperangkap.

Seiring fotoni terintegrasi semakin mendekati kasus penggunaan praktis, kini jelas betapa pentingnya kemitraan ini bagi masa depan Quantinuum. Pada titik ini, tampaknya langkah selanjutnya bagi perusahaan adalah merilis chip fotoni-kuantum yang berfokus pada AI pertama di dunia.

Dalam beberapa bulan mendatang, Quantinuum akan membagikan hasil dari kolaborasi yang sedang berlangsung, menampilkan potensi terobosan dari kemajuan yang didorong oleh kuantum dalam AI Generatif.

Kemampuan Gen QAI yang inovatif akan meningkatkan dan mempercepat penggunaan Kerangka Organik Logam untuk pengiriman obat, membuka jalan bagi opsi perawatan yang lebih efisien dan dipersonalisasi, dengan detail yang akan diungkap pada peluncuran Helios.

Quantinuum Mengumumkan Terobosan AI Kuantum Generatif dengan Potensi Komersial Besar

Pengumuman dalam publikasi ini merupakan bagian dari rangkaian berita terkait kemajuan cepat koneksi AI-komputasi kuantum yang dibuat di Quantinuum.

Lebih banyak kasus penggunaan yang sedang berlangsung dapat secara kuat meningkatkan nilai masa depan perusahaan, dan dengan demikian, kepemilikan Honeywell di dalamnya, serta potensi keuntungan yang dapat diperoleh investor darinya.

(Anda juga dapat membaca laporan lengkap kami mengenai bisnis inti Honeywell dalam sensor, komponen dirgantara, dan material canggih, selain keterlibatannya dalam Quantinuum)

Berita dan Perkembangan Saham Honeywell (HON) Terbaru

Studi yang Dirujuk

^{1. Kerolos M. A. Yousef, Marco D’Alessandro, Matthew Yeh, Neil Sinclair, Marko Loncar, and Federico Capasso. Graf kuantum metasurface untuk interferensi Hong-Ou-Mandel yang digeneralisasi. Science. 24 Jul 2025. Vol 389, Issue 6758 pp. 416-422. DOI: 10.1126/science.adw8404}