Terinspirasi fenomena blackhole, tim Joint Quantum Institute (JQI) dI Maryland, AS, berhasil membuat eksperimen pengacakan informasi kuantum melalui partikel tujuh ion atom. Inovasi pengacakan ala Lubang Hitam disebut-sebut dapat menjasi solusi mengatasi kerumitan sistem komputasi kuantum. Dengan mengacak infoprmasi kuantum, mereka berupaya menyusun algoritma qubit untuk sistem komputer kuantum.
Konsepsi artis tentang pengacakan informasi jatuh ke dalam lubang hitam. Menggunakan sekelompok ion atom, tim peneliti dapat membuat simulasi acak ketika informasi jatuh ke lubag hitam dan sebagai radiasi yang tampak acak. Blackhole dipercaya sebagai model pengacak informasi kuantum yang sangat baik. (Kredit E. Edwards / JQI)
Para peneliti di Joint Quantum Institute (JQI) University of Maryland, MD, AS, telah menerapkan tes eksperimental untuk pengacakan kuantum, pengacakan informasi acak yang disimpan di antara kumpulan partikel kuantum. Eksperimen mereka pada sekelompok tujuh ion atom, yang dipublikasi jurnal Nature edisi 7 Maret 2019, menunjukkan cara baru untuk membedakan antara pengacakan — yang mempertahankan jumlah informasi dalam sistem kuantum — dan kehilangan informasi yang sebenarnya. Protokol ini memungkinkan suatu hari membantu memverifikasi perhitungan komputer kuantum, yang memanfaatkan aturan fisika kuantum untuk memproses informasi dengan cara-cara baru.
Prosesor Qubit
Solusi Algoritma Kuantum
“Dalam hal mentasi kerumitan algoritma kuantum yang telah dijalankan, kami berada di urutan teratas dalam daftar itu,” kata Kevin Landsman, seorang mahasiswa pascasarjana di JQI dan penulis utama makalah baru dalam jurnal ilmiah bergengsi itu. “Ini adalah eksperimen yang sangat rumit untuk dijalankan, dan dibutuhkan tingkat kontrol yang sangat tinggi.”
Tim peneliti, yang termasuk JQI Fellow dan UMD Distinguished University, Profesor Christopher Monroe, dan JQI Fellow, Norbert Linke, melakukan tes pengacakan mereka dengan memanipulasi perilaku kuantum tujuh ion atom dengan menggunakan urutan pulsa laser tepat waktu. Mereka menemukan bahwa mereka dapat mendiagnosis dengan benar apakah informasi telah diacak melalui sistem tujuh atom dengan akurasi hingga 80%.
“Dengan pengacakan, informasi satu partikel akan tercampur atau menyebar ke seluruh sistem,” kata Landsman. “Sekilas, tampaknya ada yang hilang, tetapi sebenarnya masih tersembunyi dalam korelasi antara partikel-partikel yang berbeda.”
Perebutan quantum seperti mengocok setumpuk kartu baru. Kartu awalnya dipesan secara berurutan, kartu As kemudian King, dan Jack datang satu demi satu. Setelah cukup dikocok dan ditaruh di geladak, akan terlihat campur aduk, tetapi — yang terpenting — semua masih ada di situ serta ada cara untuk membalikkan proses pengacakannya. Jika Anda terus melacak dengan cermat bagaimana masing-masing kartu-kartu teracak sehingga bertukar posisi, akan mudah (walaupun membosankan) untuk “membuka blokir” kartu dengan mengulangi semua pertukaran dan bertukar secara terbalik.
Perebutan kuantum serupa dengan itu karena dasarnya mencampur informasi yang tersimpan di dalam satu set atom dan juga dapat dibalik, yang merupakan perbedaan utama antara pengacakan dan benar/tidaknya ada kehilangan informasi yang tidak dapat diubah. Landsman dan rekannya menggunakan fakta ini untuk kepentingan mereka dalam pengujian baru dengan mengacak satu set atom dan melakukan operasi pengacakan terkait pada set kedua. Ketidakcocokan antara dua operasi akan menunjukkan bahwa proses itu tidak berebut, menyebabkan langkah terakhir metode gagal.
Teleportasi Kuantum
Quantum dot
Langkah terakhir itu bergantung pada teleportasi kuantum — suatu metode untuk mentransfer informasi antara dua partikel kuantum yang berpotensi sangat berjauhan. Dalam kasus percobaan baru, teleportasi berada pada jarak yang tidak terlalu jauh — hanya 35 mikron yang memisahkan atom pertama dengan atom ketujuh — tetapi itu adalah ‘tanda tangan’ (signature) yang dapat digunakan tim untuk mendeteksi pengacakan: Jika informasi berhasil diteleportasi dari satu atom ke atom lainnya, maka berarti bahwa keadaan atom pertama tersebar di semua atom — sesuatu yang hanya terjadi jika informasinya diacak. Jika informasi itu hilang, teleportasi yang sukses tidak akan mungkin terjadi. Jadi, untuk proses otorisasi untuk identifikasi sifat pengacaknya yang mungkin tidak diketahui, metode ini dapat digunakan untuk menguji apakah proses pengacakan, sekali atau beberapa kali, ada dampaknya terhadap potensi kehilangan data atau informasi kuantum.
Para penulis mengatakan bahwa tes sebelumnya untuk pengacakan tidak bisa cukup menangkap perbedaan antara informasi yang disembunyikan dan hilang, sebagian besar karena atom individu cenderung terlihat serupa dalam kedua kasus. Protokol baru, pertama kali diusulkan oleh ahli teori Beni Yoshida dari Perimeter Institute di Kanada, dan Norman Yao di University of California, Berkeley, membedakan dua kasus dengan memperhitungkan korelasi antara partikel-partikel tertentu ke dalam bentuk teleportasi.
“Ketika kolega kami, Norm Yao, memberi tahu kami tentang uji lakmus teleportasi untuk pengacakan dan bagaimana ini membutuhkan setidaknya tujuh qubit yang mampu menjalankan banyak operasi kuantum secara berurutan, kami tahu bahwa komputer kuantum kami secara unik cocok untuk pekerjaan itu,” kata Linke .
Inspirasi Lubang Hitam
Percobaan ini awalnya terinspirasi oleh fisika lubang hitam. Para ilmuwan telah lama merenungkan apa yang terjadi ketika sesuatu jatuh ke dalam lubang hitam, terutama jika sesuatu itu adalah partikel kuantum. Aturan dasar fisika kuantum menunjukkan bahwa terlepas dari apa yang dilakukan lubang hitam terhadap partikel kuantum, itu harus dapat dibalik — prediksi yang tampaknya bertentangan dengan kecenderungan lubang hitam untuk menghancurkan benda-benda menjadi titik kecil yang tak terhingga dan memuntahkan radiasi. Tetapi tanpa lubang hitam yang nyata untuk melemparkan sesuatu ke dalam, para peneliti telah terjebak berspekulasi. Jebakan Superkonduktor Ion Quantum
Pengacakan kuantum adalah salah satu saran untuk bagaimana informasi dapat jatuh ke dalam lubang hitam dan keluar sebagai radiasi yang tampak acak. Mungkin, menurut argumen itu, itu tidak acak sama sekali, dan lubang hitam hanyalah pengacak yang sangat baik. Makalah ini membahas motivasi ini, serta interpretasi dari eksperimen yang membandingkan teleportasi kuantum dengan informasi yang melalui lubang cacing (Wormhole).
“Terlepas dari apakah lubang hitam nyata adalah pengacak yang sangat baik, mempelajari pengacakan kuantum di laboratorium dapat memberikan wawasan yang berguna untuk pengembangan komputasi kuantum atau simulasi kuantum di masa depan,” jelas Profesor IT dari UMD Distinguished University, Christopher Monroe.
Dalam Nature volume 567. Monroe bersama KA Landsman dan Norbert Linke menulis paper berjudul: “Verified quantum information scrambling.”
Teleportasi Wormhole
Blackhole
Gagasan teleportasi wormhole muncul empat tahun lalu. Dalam skala laboratorium, sebuah tim riset Autonomous University of Barcelona (AUB) di Spanyol berhasil mendesain perangkat teleportasi. Perangkat ini bisa memindahkan materi dari satu lokasi ke lokasi berjauhan secara spontan melalui terowongan medan magnit yang tidak kasat mata (invisible). ‘’Wormhole dapat mentransfer materi dalam dimensi khusus,” ungkap Jordi Prat-Camps, kandidat doktor ilmu fisika AUB kepada Scientific American terbaru.
Ide wormhole berasal dari teori Albert Einstein. Cerita berawal dari tahun 1935, ketika Einstein dan Nathan Rosen menyatakan teori relativitas umum mengindikasikan adanya ‘jembatan khusus’ yang menghubungkan dua titik berbeda dalam dimensi ruang waktu. Secara teoritis, jembatan Einstein-Rosen –belakangan disebut wormhole atau blackhole— memungkinkan materi dapat berpindah secara instan dalam jarak jauh melalui terowongan yang amat kecil. Jika imaji teoritis ini dapat diwujudkan, maka ‘lubang cacing’ itu berpotensi menjadi wahana antariksa luar biasa.
Sudah lebih 70 tahun, para ahli berusaha membuktikan teori Einstein-Rosen Bridges. Namun, sebegitu jauh, belum ada satu pun mampu menghadirkan gagasan itu dalam realitas. Tesis itu masih seperti fiksi ilmiah hingga pada 2007, sekelompok fisikawan membahasnya dalam konferensi internasional. Sejumlah ahli menyebutnya sebagai wahana riset potensial yang futuristik.
Logika Quantim Bit
Dr Kip S Thorne dari California Institute of Technology, misalnya, menawarkan wormhole sebagai model jalan pintas untuk mejelajahi alam semesta. Dia beriIustrasi bahwa transfer materi antar bintang analog dengan pergerakan semut di permukaan sebuah apel yang berlubang. Melalui lubang itu, semut dapat mengambil jalur pintas. Dia berpindah dari satu sisi ke sisi lain secara lebih cepat. Begtu pun materi di lintasan black hole antar bintang di jagat raya.
Dr Kristan Jensen, dari Stony Brook University di New York, memandang teleportasi dengan kacamata fisika kuantum. Keberhasilan mengelola teleportasi, menurutnya, dapat melahirkan teknologi kuantum dalam mekanika, komputer dan ekripsi informasi canggih. Jensen berpendapat, sistem empat dimensi mekanikan kuantum dapat menjelaskan perilaku obyek tiga dimensi,. Kombinasi mekanika kuantum dan teori realtivitas umum bisa membuat sistem empat dan lima dimensi. .
Sementara itu, fisikawan Juan Martín Maldacena dari Institute for Advanced Study di Princeton dan Leonard Susskind dari Stanford University berargumen, wormholes terdeteksi pada sepasang ‘lubang hitam’ di satu galaksi. Fenomena ‘lubang cacing’, kata mereka, juga terjadi dalam skala partikel subatomik. ’’Elektron dan foton itu terkoneksi melalui lubang cacing dalam skala sangat renik,’’ ucap Susskind pada Space.com
Dedi Junaedi
