Sejumlah besar data kuantum yang dipertukarkan oleh komputer kuantum yang jaraknya ribuan kilometer dapat dimanipulasi oleh detektor baru yang dibuat oleh JPL dan Caltech. Potensi untuk menjalankan jutaan kali lebih cepat dari komputer saat ini terletak pada komputasi kuantum. Namun, agar komputer kuantum dapat terhubung dalam jarak jauh, diperlukan jaringan komunikasi kuantum khusus.
Untuk membantu membangun jaring seperti itu, para ilmuwan di Jet Propulsion Laboratory NASA dan Caltech telah menciptakan perangkat yang dapat menghitung foton kecil (partikel cahaya kuantum) yang tak terhitung jumlahnya dengan akurasi yang luar biasa. Detektor Performance-Enhanced Array for Counting Optical Quanta (PEACOQ) dapat memantau waktu setiap foton mengenai dirinya sendiri dalam 100 triliun detik, dengan kecepatan 1,5 miliar foton per detik; itu seperti mengukur setiap tetes air yang disemprotkan dari selang kebakaran. Detektor lain tidak dapat mencapai kecepatan ini.
“Transmisi informasi kuantum jarak jauh sangat terbatas sampai sekarang,” kata Ioana Craiciu dari tim proyek PEACOQ, peneliti postdoctoral di JPL dan penulis pertama studi tersebut. “Mentransmisikan informasi kuantum dengan kecepatan lebih tinggi dan lebih jauh dimungkinkan berkat teknologi detektor baru seperti PEACOQ yang dapat mengukur foton tunggal dengan sepersekian presisi milidetik.”
Komputer tradisional menyalin informasi sebagai rangkaian 1 dan 0, umumnya dikenal sebagai bit, dan mengirimkannya melalui modem dan jaringan komunikasi. Bit-bit tersebut kemudian ditransfer melalui kabel, serat optik, dan ruang menggunakan gelombang radio atau kilatan cahaya. Setelah potongan diambil, mereka dipasang kembali untuk menghasilkan data asli.
Komunikasi antara komputer kuantum berbeda. Bit kuantum atau qubit digunakan untuk menyimpan informasi, yang merupakan partikel fundamental seperti elektron dan foton yang tidak dapat direproduksi dan ditransmisikan ulang tanpa dihancurkan. Informasi kuantum terdistorsi setelah hanya beberapa lusin mil ditransmisikan melalui serat optik menggunakan foton yang dikodekan, meningkatkan kesulitan dan sangat mengurangi potensi ukuran jaringan di masa depan.
Jaringan kuantum optik ruang bebas khusus dapat mencakup "node" ruang angkasa pada satelit yang mengorbit Bumi untuk memungkinkan komputer kuantum berkomunikasi di luar batasan ini. Node-node ini akan bertindak sebagai pemancar data dengan menghasilkan pasangan foton yang terjerat dan mengirimkannya ke dua terminal komputer kuantum yang terpisah ratusan atau mungkin ribuan kilometer.
Bahkan dengan jarak yang jauh di antara keduanya, pasangan foton yang terjerat saling berhubungan sehingga pengukuran satu langsung mengubah hasil pengukuran yang lain. Namun, detektor yang sangat sensitif seperti PEACOQ perlu mengukur dengan tepat kapan ia menerima setiap foton dan mengirimkan data yang dikandungnya sehingga foton yang terjerat ini dapat diterima oleh terminal komputer kuantum.
Superkonduktor Bulu
Detektor adalah perangkat kecil. Ini fitur 32 kawat nano superkonduktor niobium nitrida pada chip silikon, dengan konektor memancar yang memberi nama detektor itu. Detektor hanya selebar 13 mikron. Setiap nanowire 10.000 kali lebih tipis dari rambut manusia.
Dikembangkan oleh Laboratorium Perangkat Mikro JPL dan didukung oleh program Space Communications and Navigation (SCaN) NASA, detektor PEACOQ harus dijaga pada suhu kriogenik yang hanya 272 derajat Fahrenheit di bawah nol mutlak (minus 458 derajat Celcius). Ini mempertahankan kondisi superkonduktor dari kawat nano; ini diperlukan bagi mereka untuk mengubah foton yang diserap menjadi pulsa listrik yang mengirimkan data kuantum.
Detektor harus cukup sensitif untuk mendeteksi foton tunggal, tetapi juga harus dibangun untuk menahan dibombardir oleh beberapa foton sekaligus. Waktu mati ini dijaga seminimal mungkin, meskipun setiap kawat nano superkonduktor di detektor untuk sementara kehilangan kemampuannya untuk mendeteksi lebih banyak foton saat terkena foton. PEACOQ juga memiliki 32 kawat nano, jadi ketika satu "mati" yang lain dapat mengisi kekosongan.
Menurut Craiciu, PEACOQ akan segera digunakan dalam percobaan laboratorium untuk mendemonstrasikan komunikasi kuantum dengan kecepatan lebih cepat atau jarak yang lebih jauh. Dalam jangka panjang, ini bisa menawarkan solusi untuk masalah pengiriman data kuantum ke seluruh dunia.
Pengujian Luar Angkasa
PEACOQ didasarkan pada detektor yang dibuat untuk demonstrasi teknologi Deep Space Optical Communications (DSOC) NASA dan merupakan bagian dari inisiatif NASA yang lebih besar untuk memungkinkan komunikasi optik ruang angkasa bebas antara ruang angkasa dan bumi. DSOC akan diluncurkan untuk pertama kalinya akhir tahun ini bersamaan dengan misi Psyche NASA untuk menunjukkan bagaimana komunikasi optik bandwidth tinggi di masa depan antara Bumi dan ruang angkasa dapat bekerja.
Sementara terminal darat DSOC di Palomar Observatory Caltech di California Selatan tidak akan mentransmisikan informasi kuantum, masih membutuhkan presisi tinggi yang sama untuk menghitung foton individu yang berasal dari laser dari transceiver DSOC saat bergerak melalui ruang angkasa yang dalam.
Matt Shaw, yang bertanggung jawab atas pekerjaan JPL pada detektor superkonduktor, berkata, “Ini dianggap sebagai teknologi yang sama dengan kategori detektor yang berbeda. "Apakah itu dikodekan dengan informasi kuantum atau kami ingin mendeteksi foton tunggal dari sumber laser di luar angkasa, kami masih menghitung foton tunggal," katanya.
Sumber: jpl.nasa.gov/news
Günceleme: 03/03/2023 18:57