Peneliti Finlandia telah membuat terobosan besar dalam teknologi pengukuran ultrasensitif dengan mendeteksi jumlah energi di bawah zeptojoule, atau kurang dari sepertriliun dari sepersejuta joule. Terobosan ini dapat meningkatkan teknologi komputasi kuantum, mendukung pencarian materi gelap, dan pada akhirnya memungkinkan penghitungan foton individual.
Mekanika kuantum bekerja pada skala yang sangat kecil, dan para ilmuwan terus mengembangkan alat yang lebih tepat untuk mengukur dan mengendalikan fenomena seperti foton, partikel yang membawa cahaya. Ketelitian yang lebih tinggi dapat membuka pintu bagi perangkat kuantum yang lebih kuat dan cara-cara baru untuk mempelajari beberapa misteri terbesar alam semesta.
Satu zeptojoule adalah jumlah energi yang hampir tidak terbayangkan. Ini kira-kira setara dengan jumlah usaha yang diperlukan untuk memindahkan sel darah merah satu nanometer dalam gravitasi bumi.
Tim peneliti dipimpin oleh Profesor Mikko Möttönen dari Universitas Aalto bekerja sama dengan perusahaan komputasi kuantum IQM dan Pusat Penelitian Teknis Finlandia (VTT). Temuan mereka dipublikasikan di jurnal Elektronik alami.
Detektor energi kuantum ultra-sensitif
Untuk mencapai tingkat sensitivitas ini, para peneliti menggunakan kalorimeter, alat yang dirancang untuk mengukur perubahan energi panas yang sangat kecil. Mengukur sinyal sekecil itu jauh lebih sulit daripada sekadar mengirimkan sinar ke detektor dan membaca hasilnya.
Para ilmuwan mengarahkan gelombang mikro ke sensor yang terbuat dari dua jenis logam. Beberapa di antaranya adalah superkonduktor, bahan yang memungkinkan listrik bergerak bebas tanpa hambatan. Bagian lainnya menggunakan konduktor normal yang menahan aliran listrik.
“Kombinasi logam ini membuat superkonduktivitas menjadi fenomena yang rapuh sehingga akan segera melemah jika suhu dalam konduktor ultradingin meningkat sedikit pun. Hal ini menjadikannya konfigurasi yang sensitif,” kata Möttönen, yang juga salah satu pendiri komputasi kuantum unicorn IQM.
Setelah menyaring sinyal dengan hati-hati, para peneliti mengkonfirmasi bahwa mereka mendeteksi pulsa elektromagnetik berukuran hanya 0,83 zeptojoule. Menurut tim, ini adalah pertama kalinya alat pengukur kalorimetri mencapai sensitivitas seperti itu.
Implikasinya terhadap komputasi kuantum dan materi gelap
Kemajuan ini pada akhirnya memungkinkan para ilmuwan menghitung foton individual, sebuah tujuan lama dalam teknologi kuantum dan astrofisika.
“Kami ingin membuat pengaturan ini mampu mengukur masukan yang memiliki waktu tiba yang berubah-ubah, yang penting untuk hal-hal seperti mendeteksi sumbu materi gelap di ruang angkasa ketika Anda tidak tahu kapan mereka akan mencapai sistem Anda.”
Para peneliti juga percaya bahwa teknologi ini dapat berguna dalam komputer kuantum, karena kalorimeter beroperasi pada suhu milikkelvin yang sangat dingin yang dibutuhkan oleh qubit, unit dasar informasi kuantum.
“Kalorimeter beroperasi pada suhu milikelvin yang sama dengan yang dibutuhkan qubit. Hal ini mengurangi gangguan pada sistem karena kita tidak perlu membawa perangkat ke suhu tinggi atau memperkuat sinyal pengukuran qubit untuk mendapatkan hasil. Di masa depan, perangkat kami dapat menjadi komponen untuk membaca qubit di komputer kuantum, misalnya.”
Fasilitas dan Pendanaan Penelitian
Pekerjaan ini dilakukan dengan menggunakan fasilitas OtaNano, infrastruktur penelitian nasional Finlandia untuk teknologi nano, mikro dan kuantum.
Pendanaan untuk proyek ini terutama berasal dari inisiatif Future Makers, didukung oleh Jane and Aatos Erkko Foundation dan Technology Industries Centenary Foundation of Finland.
