Sebuah tim fisikawan teoretis dari RIKEN telah mengusulkan cara baru untuk mencapai sinkronisasi kuantum fonon satu arah, partikel yang terkait dengan suara. Pendekatan ini menonjol karena tetap sangat efektif bahkan dalam menghadapi tantangan dunia nyata seperti ketidaksempurnaan manufaktur dan kebisingan sekitar.
Banyak teknologi modern mengandalkan komponen yang berperilaku seperti jalan satu arah. Perangkat ini memungkinkan partikel atau sinyal bergerak bebas dalam satu arah sekaligus membatasi pergerakan ke arah berlawanan secara signifikan. Dikenal sebagai komponen non-timbal balik, komponen ini banyak digunakan dalam gelombang mikro dan sistem optik untuk mengarahkan sinyal dan mengurangi pantulan yang tidak diinginkan.
“Komponen non-resiprokal memungkinkan sinyal mengikuti jalur yang diinginkan, sementara sinyal tersebut dilemahkan secara kuat ke arah yang berlawanan,” catat Franco Nori dari RIKEN Center for Quantum Computing (RQC). “Kemampuan ini dapat diterapkan mulai dari pemrosesan sinyal hingga penyamaran yang tidak terlihat.”
Sinkronisasi kuantum searah
Para peneliti telah lama berupaya menciptakan fenomena terkait yang dikenal sebagai sinkronisasi kuantum nonresiprokal. Dalam proses ini, dua sistem kuantum melakukan sinkronisasi ketika informasi mengalir dalam satu arah, namun sinkronisasi tidak terjadi dalam arah yang lain.
Meskipun terdapat banyak minat, namun terbukti sulit untuk mengembangkan cara praktis untuk mencapai efek ini. Proposal-proposal sebelumnya umumnya rentan terhadap serangkaian keterbatasan yang membuat implementasinya di dunia nyata menjadi sulit.
“Teknologi kuantum praktis menghadapi tantangan kritis terkait dengan ketidaksempurnaan manufaktur yang acak dan kebisingan sekitar,” kata Adam Miranowicz, juga dari RQC. “Faktor-faktor ini sangat menekan, atau bahkan menghancurkan sepenuhnya, sumber daya kuantum dalam pendekatan konvensional.”
Sebuah metode baru mengatasi kebisingan dan ketidaksempurnaan
Dalam studi teoritis baru, Nori, Miranowicz dan Deng-Gao Lai telah mengembangkan teknik yang memungkinkan sinkronisasi kuantum fonon non-resiprokal sambil menghindari banyak hambatan yang menghambat pendekatan sebelumnya.
“Perkembangan ini menetapkan dasar baru untuk menghasilkan sumber daya kuantum non-timbal balik yang kuat dan rapuh dengan penerapan praktis di masa depan,” kata Nori.
Strategi mereka menggabungkan dua efek kuantum yang berbeda dalam satu kerangka kerja. Dengan menggunakan pendekatan ini, fonon melakukan sinkronisasi ketika cahaya atau medan magnet diterapkan dalam satu arah, namun sinkronisasi tidak terjadi ketika pengaruh yang sama datang dari arah yang berlawanan.
Ketangguhan teknologi kuantum yang mengejutkan
Para peneliti sangat terkejut dengan ketahanan sistem ini.
“Kami sangat gembira saat mengetahui bahwa sinkronisasi kuantum tetap ada meskipun terdapat ketidaksempurnaan dan gangguan yang signifikan,” kata Lai. “Sebelumnya, hal ini dianggap tidak mungkin dilakukan tanpa menggunakan sistem perlindungan yang kompleks.”
Tim yakin hasilnya dapat berkontribusi pada pengembangan teknologi kuantum praktis dan berencana untuk terus mengeksplorasi konsep ini.
“Dengan mengaktifkan sinkronisasi kuantum non-timbal balik yang kuat, penelitian kami membuka jalan bagi realisasi prosesor kuantum yang lebih andal dan sumber daya kuantum yang terlindungi,” komentar Lai. “Kami sekarang berencana untuk mengeksplorasi aplikasi dalam jaringan kuantum dan pemrosesan informasi kuantum yang tahan terhadap kesalahan.”
