Teleportasi Kuantum – Fakta atau Fiksi?

Menggunakan Serat Optik untuk Teleportasi Kuantum

Komunikasi digital global bergantung pada pemindahan data yang cepat dan efisien dengan kecepatan cahaya melalui jaringan serat optik yang kompleks. Cara ini sesuai untuk komputasi klasik yang menggunakan deretan biner 0 dan 1.

Namun, seiring komputasi kuantum semakin mendekati penggunaan umum untuk enkripsi, penelitian ilmiah, dan aplikasi lainnya, muncul pertanyaan bagaimana cara mentransfer data kuantum dari satu komputer kuantum ke komputer kuantum lainnya.

Untuk waktu yang lama, hal ini dianggap hampir tidak mungkin. Setiap komputer kuantum ditakdirkan bekerja secara terisolasi satu sama lain, mengurangi potensi mereka.

Masalah ini kini menjadi tantangan penting bagi industri teknologi, terutama karena desain skala baru chip kuantum baru saja diumumkan.

Jadi, ini adalah langkah penting yang ditemukan oleh peneliti di Northwestern University, Ciena Corporation (CIEN ), dan NuCrypt LCC: keadaan kuantum dapat dipertahankan dan dipindahkan dalam serat optik bersamaan dengan aliran data “normal”.

Hasil penelitian tersebut diterbitkan di Optica dengan judul “Teleportasi kuantum yang berdampingan dengan komunikasi klasik dalam serat optik¹”.

Teleportasi Kuantum

Meski terdengar seperti konsep khayalan dari film fiksi ilmiah, teleportasi kuantum sebenarnya merupakan fenomena nyata yang telah dipelajari selama puluhan tahun.

Ini terjadi ketika 2 partikel berbeda “dipasangkan/terikat” bersama, sesuatu yang disebut keterikatan kuantum (quantum entanglement).

Dalam kasus ini, ketika dua partikel terhubung, terlepas dari jarak di antara mereka, mereka menukar informasi melalui jarak yang sangat jauh — tanpa secara fisik membawa informasi tersebut. Dalam beberapa kasus, bahkan mungkin informasi tersebut ditukar lebih cepat daripada kecepatan cahaya, sesuatu yang secara teoretis tidak mungkin.

Cara kerja fenomena ini dan maknanya bagi sifat mendasar realitas kita masih menjadi perdebatan hangat di antara fisikawan kuantum. Namun, kita mengetahui bahwa ini adalah efek kuantum yang nyata dan dapat diukur, serta berpotensi memungkinkan komunikasi yang aman sepenuhnya dan seketika.

Komunikasi yang Sangat Berbeda

Jarum di Tumpukan Jerami yang Bergerak

Hingga kini, keadaan kuantum dianggap tidak dapat dipindahkan melalui serat optik karena setiap foton terjerat akan tenggelam di antara miliaran foton lain yang bergerak bersamanya dan kehilangan keadaan kuantumnya yang unik.

“Dengan melakukan pengukuran destruktif pada dua foton—satu membawa keadaan kuantum dan satu lagi terjerat dengan foton lain—keadaan kuantum tersebut dipindahkan ke foton yang tersisa, yang dapat berada sangat jauh.

Foton itu sendiri tidak perlu dikirim menempuh jarak jauh, tetapi keadaannya tetap terenkode pada foton yang jauh. Teleportasi memungkinkan pertukaran informasi dalam jarak sangat jauh tanpa mengharuskan informasi itu sendiri menempuh jarak tersebut.”

Jordan Thomas – Ph.D. di Northwestern University.

Gagasan kuncinya adalah menyelidiki apakah terdapat kondisi tertentu di dalam serat optik yang tidak mengganggu keterjeratan kuantum.

Setelah mempelajari secara mendalam cara cahaya tersebar di dalam kabel serat optik, para peneliti menemukan panjang gelombang yang lebih lengang untuk menempatkan foton mereka, yaitu kanal kuantum 1.290 nm. Mereka kemudian menambahkan filter khusus untuk mengurangi derau dari lalu lintas internet biasa.

Tentu saja, meskipun terdengar sederhana, susunan eksperimen yang sebenarnya sangat rumit. Makalah ilmiah yang diterbitkan memberi gambaran mengenai betapa kompleksnya keseluruhan percobaan tersebut:

Sumber: Optica

Telekomunikasi Baru

Serat optik memindahkan foton dari titik A ke titik B, sehingga sebelumnya sudah diketahui bahwa foton dapat membawa keadaan kuantum. Namun, baru kali ini terbukti bahwa hal tersebut dapat berlangsung bersamaan dengan pemindahan data nonkuantum lainnya.

Artinya, berlangsung proses pemindahan informasi yang sangat berbeda, dengan mengandalkan satu foton pada satu waktu alih-alih jutaan foton seperti biasanya.

“Dalam komunikasi optik, semua sinyal diubah menjadi cahaya. Sinyal konvensional untuk komunikasi klasik biasanya terdiri atas jutaan partikel cahaya, sedangkan informasi kuantum menggunakan foton tunggal.”

Prof. Prem Kumar – Direktur Center for Photonic Communication and Computing di Northwestern University

Dari Prototipe Awal ke Ambisi Lebih Besar

Lebih Banyak Serat Optik

Pengujian pertama dilakukan pada serat optik sepanjang 30 km (18,6 mil) yang juga membawa lalu lintas internet berkecepatan tinggi.

Langkah berikutnya adalah bereksperimen pada jarak yang jauh lebih panjang untuk mengetahui sejauh mana metode komunikasi jarak jauh baru ini dapat digunakan.

Sejauh ini pengujian dilakukan menggunakan serat optik laboratorium. Rangkaian percobaan berikutnya akan memakai kabel optik bawah tanah di dunia nyata untuk melihat seberapa baik metode ini bekerja dengan jaringan serat optik internet global yang sudah ada.

Memperluas Aplikasi Kuantum

Bagian lain dari penelitian yang sedang berlangsung akan menggunakan dua pasang foton terjerat, bukan hanya satu pasang. Percobaan ini akan menguji fenomena kuantum lain yang disebut pertukaran keterjeratan.

Pertukaran keterjeratan adalah protokol untuk memindahkan keterjeratan kuantum dari satu pasangan partikel ke pasangan lain, bahkan jika pasangan kedua tidak pernah saling berinteraksi.

Ini merupakan alat tambahan yang penting bagi telekomunikasi kuantum masa depan karena dapat memungkinkan aplikasi kuantum terdistribusi, seperti jaringan kuantum. Jaringan tersebut dapat mendukung pemindahan informasi kuantum secara aman melalui rute yang panjang.

“Teleportasi kuantum mampu menyediakan konektivitas kuantum yang aman antara simpul-simpul yang berjauhan secara geografis. Namun, banyak orang sejak lama beranggapan bahwa tidak ada pihak yang akan membangun infrastruktur khusus untuk mengirim partikel cahaya.

Jika kita memilih panjang gelombang dengan tepat, kita tidak perlu membangun infrastruktur baru. Komunikasi klasik dan komunikasi kuantum dapat berjalan berdampingan.”

Prof. Prem Kumar – Direktur Center for Photonic Communication and Computing di Northwestern University

Hal ini akan menjadi kemajuan besar dalam enkripsi berbasis kuantum. Dengan memanfaatkan keterjeratan yang dipertukarkan antarpasangan partikel, kunci enkripsi aman yang semestinya terlindung dari penyadapan dapat dibuat.

Dampak lainnya adalah kemampuan memindahkan keadaan kuantum dalam jarak sangat jauh melalui metode yang disebut pengulang kuantum. Dengan melakukan pertukaran keterjeratan secara berkala, keadaan kuantum dapat “disegarkan” sehingga kehilangan data pada jarak jauh dapat dihindari.

Berinvestasi dalam Komputasi Kuantum

Komputasi kuantum masih merupakan bidang yang berkembang, tetapi investor sudah dapat mengaksesnya melalui perusahaan-perusahaan yang mengembangkan teknologi tersebut.

Anda dapat berinvestasi pada perusahaan terkait kuantum melalui banyak broker. Di Securities.io, Anda dapat menemukan rekomendasi broker terbaik kami untuk Amerika Serikat, Kanada, Australia, Britania Raya, serta banyak negara lainnya.

Jika Anda tidak ingin memilih perusahaan komputasi kuantum tertentu, Anda juga dapat mempertimbangkan ETF komputasi kuantum seperti Defiance Quantum ETF (QTUM), yang memberikan eksposur lebih terdiversifikasi untuk memanfaatkan pertumbuhan industri komputasi kuantum.

Pelajari lebih lanjut mengenai komputasi kuantum dalam “Kondisi Komputasi Kuantum Saat Ini”, serta perusahaan terbesar di sektor ini dalam “5 Perusahaan Komputasi Kuantum Terbaik” dan “10 Perusahaan Komputasi Nonsilikon Teratas”.

Perusahaan Komputasi Kuantum

1. Alphabet Inc.

Google sangat aktif dalam komputasi kuantum, terutama melalui Google Quantum AI lab dan Quantum AI campus di Santa Barbara.

Komputer kuantum Google membuat sejarah pada 2019 ketika mengklaim telah mencapai “quantum supremacy” dengan mesin Sycamore. Mesin tersebut melakukan perhitungan dalam 200 detik yang akan memakan waktu superkomputer konvensional 10.000 tahun.

Ini kini tertinggal oleh kinerja chip terbarunya, yang disebut Willow. Ini adalah chip komputasi kuantum pertama yang memiliki tingkat kesalahan cukup rendah, sehingga semakin banyak qubit yang ditambahkan, semakin sedikit kesalahan yang muncul. Ini menjadikannya desain chip kuantum skalabel pertama.

Namun mungkin kontribusi terbesar Google adalah pada perangkat lunak, sebuah aktivitas di mana mereka memiliki rekam jejak mengesankan, bahkan lebih baik daripada pada perangkat keras (pencarian, G Suite, Android, dll.).

Sudah, Quantum AI Google menyediakan rangkaian perangkat lunak yang dirancang untuk membantu ilmuwan mengembangkan algoritma kuantum.

Ia juga secara terbuka mengajak “peneliti, insinyur, dan pengembang untuk bergabung dengan kami dalam perjalanan ini dengan memeriksa perangkat lunak sumber terbuka dan sumber daya edukasi, termasuk kursus baru di Coursera, di mana pengembang dapat mempelajari dasar‑dasar koreksi kesalahan kuantum dan membantu kami menciptakan algoritma yang dapat menyelesaikan masalah masa depan.”

Berkat pendekatan terbuka ini, Google kini memimpin baik dalam perangkat keras maupun solusi cloud‑nya. Google mungkin menjadi salah satu perusahaan yang menetapkan standar perangkat lunak komputasi kuantum dan pemrograman kuantum, memberi mereka posisi istimewa untuk mengarahkan evolusi bidang ini di masa depan.

Sementara itu, solusi AI, termasuk mobil self‑driving Waymo, mungkin menjadi penggerak pendapatan baru bagi Alphabet (GOOG ), yang masih memegang posisi dominan secara massal di industri pencarian & iklan.

Anda dapat mempelajari lebih lanjut mengenai kegiatan Google di luar komputasi kuantum, khususnya periklanan dan AI, dalam laporan khusus kami dari Desember 2024.

2. Ciena Corporation

Salah satu mitra dalam proyek penelitian yang mendemonstrasikan teleportasi kuantum melalui serat optik adalah Ciena Corporation, pemimpin global dalam sistem optik dan perutean, layanan, serta perangkat lunak otomatisasi.

Ciena merupakan perusahaan terbesar di dunia di luar Tiongkok dalam pasar optik dan menguasai lebih dari 25% pasar. Perusahaan ini hadir di 70 negara.

Sumber: Ciena Corporation

Perusahaan memperkirakan permintaan bandwidth akan melonjak selama empat tahun ke depan, didorong oleh kebutuhan aplikasi AI.

Sumber: Ciena Corporation

Hal ini mendorong perusahaan memanfaatkan posisi kuatnya dalam jaringan optik untuk berekspansi ke pasar baru yang berkaitan dengan ledakan AI. Banyak aplikasi AI memerlukan pusat data lokal baru akibat aturan privasi dan arus data lintas batas. Kemunculan pusat data terdisagregasi juga membutuhkan kapasitas jaringan optik yang lebih besar.

Sumber: Ciena Corporation

Jika jaringan serat optik yang ada terbukti dapat digunakan untuk mengirim data kuantum, hal ini dapat menjadi sektor baru yang berkembang pesat bagi industri jaringan optik. Prospek sektor tersebut pun akan semakin menjanjikan karena komputasi kuantum dapat memberikan dorongan besar setelah permintaan dari aplikasi AI yang sudah melonjak.

Referensi Studi:

^{1. Thomas, J. M., Yeh, F. I., Chen, J. H., Mambretti, J. J., Kohlert, S. J., Kanter, G. S., & Kumar, P. (2024). Quantum teleportation coexisting with classical communications in optical fiber. Optica, 11(12), 1700–1707. https://doi.org/10.1364/OPTICA.11.001700}