Inovasi EPFL: Quantum Lebih Mini, Cerdas, dan Stabil

Para ilmuwan dari École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) kembali menorehkan pencapaian gemilang dalam pengembangan teknologi quantum. Kali ini, mereka berhasil menciptakan desain baru dari array resonator, komponen inti dalam berbagai perangkat quantum yang lebih kecil, lebih presisi, dan siap membuka jalan bagi generasi terbaru teknologi quantum.

Inovasi ini hadir melalui riset kolaboratif antara Laboratorium Sirkuit quantum Hibrida yang dipimpin oleh Prof. Pasquale Scarlino, Laboratorium Fotonik dan Pengukuran quantum EPFL, dan Universitas Konstanz di Jerman. Hasilnya, para ilmuwan berhasil mengembangkan struktur mikroskopis yang dikenal sebagai Coupled Cavity Array (CCA) dengan menggunakan material superkonduktor canggih bernama niobium nitrida (NbN).

Menyederhanakan Sistem Quantum yang Kompleks

Dalam dunia teknologi quantum, qubit (quantum bit) adalah elemen kunci. Qubit tidak hanya digunakan dalam komputasi quantum digital, tetapi juga dalam simulasi quantum analog teknik yang menggunakan satu sistem quantum yang dapat dikontrol secara presisi untuk mensimulasikan sistem lain yang jauh lebih rumit.

Simulasi quantum analog ini bekerja seperti cara kerja terowongan angin dalam pengujian aerodinamika: daripada menyelesaikan persamaan rumit, para peneliti dapat mempelajari perilaku sistem melalui representasi fisik yang disederhanakan. Untuk mencapai ini, penting bagi ilmuwan untuk mampu “membentuk” lingkungan interaksi qubit secara tepat, dan di sinilah CCA memainkan peran vital.

Teknologi CCA: Panduan Baru dalam Pengendalian Cahaya Quantum

Coupled Cavity Array adalah struktur kecil yang terdiri dari rongga-rongga gelombang mikro yang disusun berulang dan saling berinteraksi. Dalam struktur ini, foton (partikel cahaya) hanya dapat bergerak pada panjang gelombang tertentu mirip seperti elektron dalam kristal yang dapat menahan aliran listrik di frekuensi tertentu.

Dengan mengatur bentuk dan susunan resonator secara presisi, para ilmuwan dapat memilih panjang gelombang mana yang dapat dilewati oleh cahaya, dan mana yang tidak. Teknik ini memberikan kontrol penuh terhadap jalur cahaya quantum, yang sangat penting dalam simulasi dan komputasi quantum.

Tim EPFL berhasil menciptakan versi CCA yang sangat kecil dan presisi tinggi dengan menggunakan NbN, material superkonduktor yang memiliki high kinetic inductance, atau induktansi kinetik tinggi. Material ini memungkinkan setiap rongga dalam CCA menjadi jauh lebih kecil dibandingkan desain sebelumnya, namun tetap mampu mempertahankan performa optimal.

Keunggulan Teknologi Baru: Miniaturisasi dan Akurasi Tinggi
Menurut Prof. Scarlino, dua hal terpenting dalam desain ini adalah ukurannya yang sangat mini dan kestabilan frekuensi resonansi antar rongga. Ketika perangkat quantum semakin kecil, gangguan dari lingkungan sekitarnya biasanya meningkat. Namun dalam desain ini, gangguan atau “ketidakteraturan” bisa diminimalkan, sehingga sistem menjadi jauh lebih stabil.

Penelitian ini yang dipublikasikan dalam jurnal ilmiah Nature Communications menunjukkan bahwa mereka mampu menciptakan array padat yang terdiri hingga 100 rongga berkualitas tinggi. Ini adalah langkah besar dalam mewujudkan perangkat quantum skala besar yang dapat diandalkan.

Lebih dari itu, mereka juga menggunakan struktur ini untuk mensimulasikan material eksotis yang dikenal sebagai photonic topological insulator. Material ini memiliki kemampuan unik untuk memandu cahaya secara sangat presisi di sepanjang tepinya seolah-olah cahaya berjalan mengikuti jalur tertentu tanpa terganggu oleh hambatan di sekitarnya.

Menuju Masa Depan: Atom Buatan dan Perangkat Quantum Baru
Vincent Jouanny, penulis utama makalah ini, mengatakan bahwa timnya tidak berhenti sampai di sini. Mereka kini sedang mengembangkan studi lanjutan untuk menghubungkan struktur ini dengan “atom buatan” komponen quantum buatan manusia yang dapat digunakan untuk menciptakan sistem quantum kompleks lainnya.

“Kami sedang membangun dari hasil penelitian ini dengan mempelajari atom buatan yang terhubung dengan arsitektur ini,” ujar Jouanny. “Potensinya luar biasa, tidak hanya untuk simulasi quantum, tetapi juga untuk membangun komputer quantum masa depan yang lebih efisien dan lebih stabil.”

Inovasi yang Mengubah Arah Teknologi Quantum
Dengan desain CCA terbaru ini, EPFL telah menunjukkan bagaimana pendekatan presisi tinggi, material canggih, dan rekayasa struktur dapat membawa perubahan besar dalam dunia teknologi quantum. Di tengah persaingan global dalam mengembangkan komputasi quantum, inovasi semacam ini menjadi kunci untuk melangkah lebih dekat menuju perangkat quantum praktis dan revolusioner.

Dari laboratorium kecil di Swiss, teknologi masa depan perlahan sedang dibentuk lebih kecil, lebih pintar, dan siap membuka kemungkinan baru di dunia quantum.