Komputer kuantum masih menjadi impian, namun era komunikasi kuantum telah tiba. Sebuah percobaan baru, yang dilakukan di Paris, menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa komunikasi kuantum lebih unggul daripada metode transmisi informasi klasik.
“Kami adalah orang pertama yang menunjukkan keunggulan kuantum dalam mengkomunikasikan informasi yang dibutuhkan oleh dua pihak untuk menyelesaikan tugas,” kata Eleni Diamanti, insinyur listrik di Universitas Sorbonne dan salah satu penulis studi tersebut.
Mesin kuantum - yang menggunakan properti kuantum materi untuk menyandikan informasi - diharapkan merevolusi komputasi. Namun kemajuan di bidang ini sangat lambat. Ketika para insinyur bekerja untuk membuat komputer kuantum yang belum sempurna, para ilmuwan teoretis telah menghadapi kendala yang lebih mendasar: mereka gagal membuktikan bahwa komputer klasik tidak pernah dapat menyelesaikan tugas yang dirancang untuk komputer kuantum. Musim panas lalu, misalnya, seorang pria dari Texas membuktikan bahwa masalah yang untuk waktu lama dianggap dapat diselesaikan hanya di komputer kuantum dapat diselesaikan dengan cepat di komputer klasik.
Selamat datang di era kuantum
Namun, di bidang komunikasi (bukan komputasi), manfaat pendekatan kuantum dapat dikonfirmasi. Lebih dari satu dekade yang lalu, para ilmuwan membuktikan bahwa, setidaknya dalam teori, komunikasi kuantum lebih unggul daripada cara klasik dalam mengirimkan pesan untuk tugas tertentu.
“Orang-orang terutama terlibat dalam tugas komputasi. Salah satu keuntungan besarnya adalah dalam kasus tugas komunikasi, manfaatnya dapat dibuktikan."
Pada tahun 2004, Jordanis Kerenidis, rekan penulis karya Diamanti, dan dua ilmuwan lainnya mempresentasikan skenario di mana satu orang perlu mengirimkan informasi kepada orang lain sehingga orang kedua dapat menjawab pertanyaan tertentu. Para peneliti telah membuktikan bahwa sirkuit kuantum dapat menyelesaikan tugas dengan mentransfer informasi yang lebih sedikit secara eksponensial daripada sistem klasik. Tapi sirkuit kuantum yang mereka hadirkan murni teoritis - dan jauh melampaui teknologi saat itu.
Video promosi:
“Kami dapat mengonfirmasi keunggulan kuantum ini, tetapi sangat sulit untuk mengimplementasikan protokol kuantum,” kata Kerenidis.
Karya baru ini adalah versi modifikasi dari skrip yang diimpikan oleh Kerenidis dan rekan-rekannya. Seperti biasa, mari beralih ke dua mata pelajaran, Alice dan Bob. Alice memiliki satu set bola bernomor. Setiap bola diwarnai secara acak merah atau biru. Bob ingin tahu apakah sepasang bola tertentu, yang dipilih secara acak, memiliki warna yang sama atau berbeda. Alice ingin mengirimkan informasi sesedikit mungkin kepada Bob, sambil memastikan bahwa Bob dapat menjawab pertanyaannya.
Masalah ini disebut sebagai "masalah pencocokan pola". Ini penting untuk kriptografi dan mata uang digital, di mana pengguna sering kali ingin bertukar informasi tanpa membocorkan semua yang mereka ketahui. Ini juga dengan sempurna menunjukkan manfaat komunikasi kuantum.
Anda tidak bisa hanya mengatakan saya ingin mengirimi Anda film atau sesuatu seukuran gigabyte dan menyandikannya ke dalam keadaan kuantum, berharap menemukan keuntungan kuantum, kata Thomas Vidick, seorang ilmuwan komputer di Institut Teknologi California. "Kami perlu mempertimbangkan tugas yang lebih halus."
Untuk solusi klasik dari masalah pencocokan, Alice harus mengirimkan kepada Bob sejumlah informasi yang sebanding dengan akar kuadrat dari jumlah bola. Tetapi sifat informasi kuantum yang tidak biasa membuat solusi yang lebih efisien menjadi mungkin.
Di sirkuit laboratorium yang digunakan dalam pekerjaan baru, Alice dan Bob berkomunikasi menggunakan pulsa laser. Setiap impuls mewakili satu bola. Denyut nadi melewati pemecah berkas, yang mengirimkan setengah dari setiap denyut ke Alice dan Bob. Ketika denyut nadi mencapai Alice, dia dapat menggeser fase denyut laser untuk menyandikan informasi tentang setiap bola - tergantung pada warnanya, merah atau biru.
Sementara itu, Bob mengkodekan informasi tentang pasangan bola yang menarik perhatiannya menjadi setengah dari pulsa lasernya. Kemudian pulsa bertemu di pemecah berkas lain, di mana mereka saling mengganggu. Pola interferensi yang dihasilkan oleh pulsa mencerminkan perbedaan bagaimana fase setiap pulsa digeser. Bob dapat membaca pola interferensi pada detektor foton terdekat.
Hingga saat Bob "membaca" pesan laser Alice, pesan kuantum Alice mampu menjawab pertanyaan apa pun tentang pasangan mana pun. Tetapi proses membaca pesan kuantum menghancurkannya dan Bob hanya menerima informasi tentang sepasang bola.
Properti informasi kuantum ini - yang dapat dibaca dalam berbagai cara, tetapi pada akhirnya hanya satu yang akan membacanya - sangat mengurangi jumlah informasi yang dapat disampaikan untuk menyelesaikan masalah pencocokan sampel. Jika Alice perlu mengirim 100 bit klasik ke Bob agar dia dapat menjawab pertanyaannya, dia dapat melakukan tugas yang sama dengan sekitar 10 qubit, atau bit kuantum.
Ini adalah bukti prinsip yang Anda butuhkan untuk membuat jaringan kuantum yang sebenarnya, kata Graham Smith, fisikawan di JILA di Boulder, Colorado.
Eksperimen baru adalah kemenangan yang jelas atas metode klasik. Para peneliti memulai percobaan dengan mengetahui dengan tepat berapa banyak informasi yang perlu dikirimkan dengan cara klasik untuk memecahkan masalah. Kemudian mereka dengan meyakinkan menunjukkan bahwa alat kuantum dapat menyelesaikannya dengan cara yang lebih kompak.
Hasil ini juga menawarkan rute alternatif ke tujuan lama dalam ilmu komputer: membuktikan bahwa komputer kuantum lebih unggul dari komputer klasik.
Ilya Khel
