- Ilmuwan mengembangkan mikroskop berbasis komputer kuantum untuk meningkatkan kemampuan analisis sampel.
- Teknik quantum entanglement berpotensi获取 informasi yang lebih banyak dibanding mikroskop konvensional.
- Mikroskop elektron memiliki keterbatasan dalam mengamati objek sangat kecil, terutama sampel biologis.
- Peneliti tengah mengintegrasikan mikroskop elektron dengan komputer kuantum untuk memvalidasi metode mereka.
Ilmuwan dari Technische Universität Wien, University of Vienna, Johannes Kepler University Linz, dan University of Innsbruck di Austria berkolaborasi mengembangkan mikroskop yang memanfaatkan komputer kuantum untuk mengekstraksi informasi dari sampel yang sedang dianalisis. Tim peneliti berencana menggunakan teknik quantum entanglement untuk mendapatkan data yang lebih banyak daripada yang mampu disediakan mikroskop elektron konvensional. Sejak tahun 1590, ketika pembuat lensa asal Belanda, Hans dan Zacharias Janssen, menempatkan beberapa lensa di dalam sebuah tabung dan menciptakan mikroskop pertama, ilmuwan Jerman Ernst Ruska dan Max Knoll kemudian membangun mikroskop elektron pertama. Prinsip kerja perangkat-perangkat ini serupa, tetapi material yang digunakan untuk membentuk citra berbeda.
Pada mikroskop konvensional, cahaya melewati lensa untuk menghasilkan gambar yang diperbesar dari objek-objek kecil. Meskipun metode ini cocok untuk kebanyakan objek di Bumi, metode ini tidak efektif untuk mengamati objek yang lebih kecil dari panjang gelombang cahaya.
Ruska dan Knoll kemudian beralih menggunakan berkas elektron, partikel terkecil dalam atom yang mampu mengamati objek hingga 100.000 kali lebih kecil dari panjang gelombang cahaya. Mikroskop elektron kini digunakan secara luas di berbagai bidang penelitian. "Saat ini, kita dapat mengamati detail-detail kecil pada skala atom," ujar Philipp Haslinger, associate professor di Institut Fisika Atom dan Subatom di TU Wien. "Akan tetapi, hal ini membutuhkan elektron dalam jumlah besar, dan tidak setiap sampel mampu menahan sebanyak itu tanpa mengalami kerusakan. Ini sering menjadi masalah saat memvisualisasikan sampel biologis, terutama protein tunggal."
Keterbatasan Mikroskop Elektron
Untuk mengatasi masalah tersebut, para peneliti mengusulkan agar lebih banyak informasi diekstraksi dari setiap elektron yang digunakan untuk pencitraan, yang juga membantu mengurangi total elektron yang dibutuhkan untuk membentuk gambar.
Tim riset mengusulkan penggunaan quantum entanglement untuk mencapai tujuan tersebut. Hal ini membutuhkan koneksi antara mikroskop elektron dengan komputer kuantum yang menggunakan ion terperangkap (trapped ions). "Idenya adalah menggabungkan elektron dengan komputer kuantum," jelas Elias Pescoller, mahasiswa doktoral di Institut Fisika Teoretis serta Institut Fisika Atom dan Subatom TU Wien yang turut serta dalam proyek tersebut. "Kami membiarkan keduanya berinteraksi dengan ion-ion yang diposisikan di sepanjang jalur berkas elektron." Dengan这样做, elektron yang melewati mikroskop dapat terjerat dengan ion di komputer kuantum, dan melalui quantum entanglement, informasi dari elektron disimpan di dalam ion yang terperangkap.
Setiap elektron yang melewati sampel dapat terjerat dengan komputer kuantum, kemudian informasi diekstraksi dari ion terperangkap menggunakan operasi kuantum yang sesuai. "Kita dapat menggabungkan informasi dari banyak elektron secara optimal, sehingga sinyal dengan intensitas maksimal dapat diperoleh meski hanya menggunakan elektron dalam jumlah yang relatif sedikit," tambah Dennis Rätzel, fisikawan teoretis dari TU Wien, dalam rilis pers.
Kemajuan Integrasi Komputer Kuantum
Peneliti dari Johannes Kepler University Linz membantu mengembangkan algoritme untuk mewujudkan tujuan tersebut. Sejauh ini, para peneliti baru menunjukkan secara matematis bahwa metode ini menawarkan sejumlah keunggulan. Mereka kini tengah berupaya mengintegrasikan mikroskop elektron dengan komputer kuantum ion terperangkap untuk memvalidasi eksperimental perhitungan matematis tersebut. Perhitungan matematis tersebut telah dibagikan di server pracetak arXiv.
Item Spesifikasi Prosesor Komputer kuantum Teknologi Quantum entanglement
Bagaimana Teknologi Kuantum Mengubah Penerapan Mikroskop
Pengenalan komputer kuantum membuka kemungkinan baru bagi teknologi mikroskop, terutama dalam analisis sampel biologis yang sangat kecil. Mikroskop elektron konvensional memang mampu mengamati detail pada skala atom, tetapi risiko kerusakan pada sampel membatasi penerapannya. Melalui teknik quantum entanglement, peneliti berharap dapat mengurangi jumlah elektron yang dibutuhkan sekaligus meningkatkan kualitas informasi yang diperoleh. Langkah ini tidak hanya dapat memperbaiki teknologi mikroskop yang ada, tetapi juga berpotensi mendorong kemajuan penelitian di bidang biomedis dan ilmu material, sehingga menunjukkan potensi teknologi kuantum dalam ilmu eksperimental.