Peneliti Membangun Jaringan Kuantum Pertama Berdasarkan Kerumitan

Kesan artis jaringan kuantum di tiga node. Kredit: Matteo Pompili untuk QuTech

Sebuah tim peneliti QuTech di Belanda melaporkan realisasi jaringan kuantum multi-node pertama, yang menghubungkan tiga prosesor kuantum. Selain itu, mereka memperoleh demonstrasi uji awal protokol jaringan kuantum kunci. Temuan mereka menandai tonggak penting menuju internet masa depan kuantum dan telah dipublikasikan di Ilmu.

Internet kuantum

Kekuatan Internet memungkinkan setiap komputer di Bumi terhubung satu sama lain, memungkinkan aplikasi yang tidak diimpikan pada saat pembuatannya beberapa dekade yang lalu. Saat ini, para peneliti di banyak laboratorium di seluruh dunia sedang mengerjakan versi pertama dari internet kuantum – jaringan yang dapat menghubungkan dua perangkat kuantum apa pun, seperti komputer atau sensor kuantum, dalam jarak yang jauh. Saat Internet saat ini mendistribusikan informasi dalam bit (yang bisa berupa 0 atau 1), internet kuantum di masa mendatang akan menggunakan bit kuantum yang bisa menjadi 0 dan 1 pada saat yang bersamaan. “Internet kuantum akan membuka berbagai aplikasi baru, dari komunikasi tak terkendali dan komputasi awan dengan privasi pengguna lengkap hingga waktu presisi tinggi,” kata Matteo Pompili, mahasiswa PhD dan anggota tim penelitian. “Dan seperti halnya Internet 40 tahun lalu, mungkin ada banyak aplikasi yang tidak dapat kami prediksi saat ini.”

Mengerjakan Quantum Node

Para peneliti sedang mengerjakan salah satu node kuantum di jaringan, di mana cermin dan filter memandu sinar laser ke chip berlian. Kredit: Marieke de Lorijn untuk QuTech

Menuju koneksi di mana-mana

Langkah pertama menuju internet kuantum telah dibuat dalam dekade terakhir dengan menghubungkan dua perangkat kuantum yang telah berbagi tautan fisik langsung. Namun, kemampuan untuk mengirimkan informasi kuantum melalui node perantara (analog dengan router Internet klasik) sangat penting untuk membuat jaringan kuantum yang dapat diskalakan. Selain itu, banyak aplikasi internet kuantum yang menjanjikan bergantung pada bit kuantum yang terjalin, untuk didistribusikan di antara lebih banyak node. Keterikatan adalah fenomena yang diamati pada skala kuantum, menghubungkan secara fundamental partikel pada jarak kecil dan bahkan jarak yang jauh. Ini menyediakan komputer kuantum dengan daya komputasi yang sangat besar dan merupakan sumber daya fundamental untuk berbagi informasi kuantum di internet kuantum masa depan. Menyadari jaringan kuantum mereka di lab, tim peneliti di QuTech – kolaborasi antara Delft University of Technology dan TNO – adalah yang pertama menghubungkan dua prosesor kuantum melalui node perantara dan membangun komitmen bersama di antara lebih banyak prosesor kuantum yang berdiri sendiri .


Animasi yang menjelaskan jaringan kuantum dasar pertama di dunia. Kredit: Slimplot untuk QuTech

Mengoperasikan jaringan kuantum

Jaringan kuantum dasar terdiri dari tiga node kuantum, pada jarak tertentu di gedung yang sama. Untuk membuat node ini beroperasi seperti jaringan nyata, para peneliti harus menemukan arsitektur baru yang memungkinkan penskalaan di luar satu link. Node tengah (disebut Bob) memiliki koneksi fisik ke dua node eksternal (disebut Alice dan Charlie), memungkinkan Anda untuk membuat link yang rumit dengan masing-masing node ini. Bob dilengkapi dengan sedikit kuantum ekstra yang dapat digunakan sebagai memori, memungkinkan tautan kuantum yang dihasilkan sebelumnya disimpan saat tautan baru dibuat. Setelah menetapkan ikatan kuantum Alice-Bob dan Bob-Charlie, serangkaian operasi kuantum pada Bob mengubah ikatan ini menjadi ikatan kuantum Alice-Charlie. Alternatifnya, dengan melakukan serangkaian operasi kuantum yang berbeda di Bob, keterlibatan dibuat antara tiga node.

Matteo Pompili dan Sophie Hermans

Rekan penulis Matteo Pompili (kiri) dan Sophie Hermans (kanan), keduanya mahasiswa doktoral dalam kelompok Ronald Hanson, di salah satu node jaringan kuantum. Kredit: Marieke de Lorijn untuk QuTech

Siap untuk digunakan nanti

Fitur penting dari jaringan adalah mengumumkan keberhasilan penyelesaian protokol (probabilistik intrinsik) ini dengan sinyal “bendera”. Pengumuman seperti itu sangat penting untuk skalabilitas, karena di masa depan internet karena banyak dari protokol ini harus ditautkan. “Setelah ditetapkan, kami dapat mempertahankan kondisi rumit yang dihasilkan, melindunginya dari kebisingan,” kata Sophie Hermans, anggota tim lainnya. “Artinya, pada prinsipnya, kita dapat menggunakan status ini untuk distribusi kunci kuantum, komputasi kuantum, atau protokol kuantum berikutnya lainnya.”

Demonstran Internet Kuantum

Jaringan kuantum berbasis komitmen pertama ini menyediakan tempat pengujian unik bagi para peneliti untuk mengembangkan dan menguji perangkat keras, perangkat lunak, dan protokol kuantum di Internet. “Masa depan internet kuantum akan terdiri dari perangkat kuantum dan node perantara yang tak terhitung jumlahnya,” kata Ronald Hanson, yang memimpin tim peneliti. “Rekan QuTech sudah melihat kompatibilitas masa depan dengan infrastruktur data yang ada.” Pada saat yang tepat, pendekatan pengujian prinsip saat ini akan diuji di luar lab pada serat telekomunikasi yang ada – di Quantum Internet Demonstrator QuTech, yang tautan metropolitan pertamanya diharapkan akan selesai pada tahun 2022.

Level yang lebih tinggi

Di lab, para peneliti akan fokus untuk menambahkan lebih banyak bit kuantum ke jaringan tiga node mereka dan menambahkan perangkat lunak dan perangkat keras tingkat yang lebih tinggi. Pompili: “Setelah semua tingkat kontrol dan antarmuka tingkat tinggi telah dikembangkan untuk mengelola jaringan, siapa pun akan dapat menulis dan mengelola aplikasi jaringan tanpa harus memahami cara kerja laser dan cryostat. Itulah tujuan akhirnya.”.

Referensi: “Realisasi jaringan kuantum multinode qubit solid state jarak jauh” oleh M. Pompili, SLN Hermans, S. Baier, HKC Beukers, PC Humphreys, RN Schouten, RFL Vermeulen, MJ Tiggelman, L. dos Santos Martins, B Dirkse , S. Wehner dan R. Hanson, 16 Apr 2021, Ilmu.
DOI: 10.1126 / science.abg1919

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.