Suatu tim peneliti di KTH Royal Institute of Technology baru-baru ini menciptakan sebuah chip silikon yang memanfaatkan cahaya, bukan listrik. Uniknya, chip ini tidak berusaha menghilangkan noise kuantum—fluktuasi acak yang biasanya merusak perhitungan. Sebaliknya, alat ini dengan sengaja mengizinkan beberapa partikel cahaya, yang disebut foton, untuk bocor melalui jalur yang terkendali.
Ketika foton-foton ini melarikan diri, para ilmuwan bisa mengukur dengan tepat apa yang hilang dan memanfaatkan informasi tersebut secara produktif. “Chip ini memungkinkan kami untuk mensimulasikan proses non-ideal secara terkendali,” kata Govind Krishna, mahasiswa PhD di KTH. Sebagian dari foton perjalanan ini dialihkan ke saluran output terpisah yang berfungsi sebagai lingkungan atau saluran kehilangan—intinya sebagai wadah khusus untuk partikel yang melarikan diri.
Para peneliti memantau saluran ini dengan hati-hati untuk melacak nasib masing-masing foton selama eksperimen. Sinyal listrik menentukan seberapa banyak cahaya yang meninggalkan jalur utama dan masuk ke jalur sampingan ini. Dengan kata lain, para ilmuwan bisa memperlebar atau mempersempit kebocoran sesuai perintah, bukan menerima tingkat kehilangan yang tetap.
Ali Elshaari, profesor madya di KTH, menjelaskan bahwa alat ini berfungsi seperti persimpangan kereta api yang dapat diprogram untuk cahaya kuantum. “Dengan mengubah sinyal kontrol, kami bisa menentukan apakah foton sebagian besar tetap di jalur utama, sebagian besar dialihkan ke saluran kehilangan, atau berakhir dalam superposisi yang bergantung pada interferensi kuantum mereka.”
Mengubah masalah lama menjadi solusi potensial
Alat kuantum sejati selalu mengalami kebocoran energi, sinyal yang memudar, dan gangguan dari lingkungan sekitar. Biasanya, para ilmuwan menganggap apa pun di luar kondisi sempurna sebagai sampah yang tak berguna. Namun, chip baru ini justru merangkul kekacauan tersebut sebagai fitur, bukan cacat, membalikkan kebijaksanaan konvensional.
“Chip kami memberi cara terkendali untuk mempelajari bagaimana informasi kuantum mengalir… ketika elemen yang sebelumnya hanya dilihat sebagai masalah—seperti kehilangan, bisa berubah menjadi sumber daya yang berguna,” ujar Jun Gao, penulis bersama dan profesor madya di Huazhong University of Science and Technology. Chip ini menggunakan foton sebagai pengganti partikel dalam sistem alami yang dimodelkan, memungkinkan ilmuwan mempelajari perilaku dunia nyata ketimbang fantasi yang ideal.
Kebanyakan eksperimen kuantum hanya meneliti pengaturan ideal yang sepenuhnya mengabaikan gangguan dunia nyata. Namun, memahami bagaimana sistem kuantum berperilaku di bawah ketidaksempurnaan tetap sangat penting untuk aplikasi praktis. “Memahami bagaimana sistem kuantum berperilaku di tengah kekacauan ini sangat krusial jika kita ingin eksperimen kami mencerminkan alam sebagaimana adanya, bukan hanya pengaturan ideal,” jelas Krishna.
Pengaturan yang terkendali ini memungkinkan tim untuk memperulang dan mempelajari perilaku foton di berbagai konfigurasi sistem, memberi mereka laboratorium untuk ketidaksempurnaan itu sendiri. Penelitian ini menunjukkan metode cerdik untuk mempelajari kebocoran energi dalam pengaturan laboratorium yang terkendali menggunakan partikel cahaya.
Tapi, apakah ketidaksempurnaan bisa benar-benar menjadi aset di luar eksperimen yang terkontrol masih menjadi pertanyaan terbuka. Jarak antara chip silikon sebagai bukti prinsipal dan komputer kuantum yang layak secara komersial masih sangat besar dan belum sepenuhnya dipetakan.
