Ini adalah chip optik yang menggunakan 80 kali lebih sedikit energi dan akan menjadi masa depan komputer kuantum.
Dalam beberapa tahun terakhir, komputasi kuantum telah berkembang dari sekadar keingintahuan teoretis menjadi teknologi yang menjanjikan dengan aplikasi potensial dalam kriptografi, kecerdasan buatan, penemuan obat-obatan, dan simulasi bahan. Namun, salah satu hambatan besar bagi komputer kuantum untuk menjadi alat yang praktis adalah skalabilitas: bagaimana beralih dari prototipe eksperimental dengan puluhan qubit menjadi mesin dengan ribuan atau jutaan qubit. Sebuah terobosan terbaru menjanjikan untuk mendekati tujuan tersebut. Terobosan tersebut adalah modulator optik ultrakompak yang dirancang untuk mengontrol cahaya dengan presisi luar biasa, semuanya dalam sebuah chip yang dibuat dengan teknik yang sama dengan yang digunakan untuk membuat mikrochip biasa.
Seringkali, pengembangan kuantum memerlukan peralatan yang besar, mahal, dan membutuhkan energi yang besar sehingga hanya dapat dilakukan di laboratorium yang sangat terspesialisasi. Teknologi baru yang dipimpin oleh Jake Freedman dan Matt Eichenfield bekerja sama dengan Sandia National Laboratories ini menawarkan alternatif yang radikal. Tim ini telah menciptakan modulator optik yang hampir 100 kali lebih tipis dari rambut manusia dan mengonsumsi daya microwave 80 kali lebih sedikit daripada banyak modulator komersial saat ini sambil mengontrol fase sinar laser dengan presisi, sebuah fungsi yang penting untuk memanipulasi qubit berbasis cahaya atau atom yang terperangkap.
Secara sederhana, modulator bertindak sebagai “pengatur ritme” untuk cahaya: menyesuaikan fase pulsa cahaya dengan akurasi yang sangat tinggi dan menghasilkan frekuensi cahaya baru yang berfungsi untuk mengarahkan operasi kuantum. Jenis kontrol ini sangat relevan dalam arsitektur yang menggunakan atom netral atau ion terperangkap, di mana setiap qubit memerlukan pengarahan sinar laser yang sangat akurat yang hingga saat ini hanya dapat dicapai dengan peralatan yang besar dan rumit.
Hal yang paling revolusioner dari pendekatan ini bukan hanya ukurannya, tetapi juga cara pembuatannya. Perangkat ini menggunakan getaran pada frekuensi gelombang mikro yang berosilasi miliaran kali per detik untuk memanipulasi cahaya, dan melakukannya dengan teknologi CMOS, yang sama dengan yang digunakan untuk membuat prosesor dan chip yang kita temukan di komputer, telepon, atau mobil.
“Teknologi CMOS adalah yang paling dapat diskalakan yang pernah diciptakan manusia,” kata Eichenfield, “… sehingga, di masa depan, kita dapat memproduksi ribuan atau bahkan jutaan versi identik dari perangkat fotonik kami, yang persis seperti yang dibutuhkan oleh komputasi kuantum.”
Hal ini memiliki implikasi yang sangat besar. Alih-alih bergantung pada sistem yang disesuaikan, besar, dan mahal, modulator dapat diintegrasikan ke dalam sirkuit fotonik berskala besar bersama dengan komponen optik lainnya seperti filter atau generator pulsa, yang semuanya diproduksi dalam proses semikonduktor standar. Tujuannya, menurut Freedman, adalah “mendekati platform fotonik yang benar-benar dapat diskalakan dan mampu mengontrol sejumlah besar qubit”.
Mengapa kemajuan ini sangat penting? Arsitektur komputasi kuantum berbasis cahaya (atau yang menggunakan cahaya untuk memanipulasi qubit atom) berpotensi mengatasi beberapa keterbatasan pendekatan tradisional berbasis superkonduktor atau perangkap ion terisolasi, terutama dalam hal kontrol yang akurat, kecepatan, dan paralelisme. Namun, hingga saat ini tantangannya adalah komponen optik yang diperlukan sulit untuk diminiaturisasi dan diskalakan. Modulator baru ini menunjukkan bahwa perangkat fotonik yang ringkas, efisien, dan dapat diproduksi secara massal dapat dirancang, sehingga mendekatkan visi komputer kuantum yang praktis.
Selain itu, efisiensi energi dan kemampuan untuk mengintegrasikan banyak modulator ini ke dalam satu chip membuka peluang tidak hanya untuk komputer kuantum yang lebih besar, tetapi juga untuk jaringan kuantum canggih, sistem komunikasi kuantum, dan sensor presisi tinggi yang bergantung pada manipulasi cahaya yang terkontrol. Dalam arti yang lebih luas, inovasi ini merupakan langkah menuju apa yang oleh sebagian orang disebut sebagai revolusi fotonika berikutnya, mirip dengan bagaimana transistor telah merevolusi dunia elektronik pada abad ke-20.
Singkatnya, meskipun komputer kuantum berskala besar masih dalam tahap pengembangan, kemajuan seperti modulator optik ultrakompak ini menunjukkan bahwa “teknologi kuantum” tidak akan hanya menjadi kumpulan laboratorium terisolasi, tetapi ekosistem perangkat yang dapat diskalakan dan diproduksi massal yang dapat membawa komputasi kuantum menuju masa depan yang lebih nyata.
