- Detektor photon tunggal yang dikembangkan di Tiongkok memiliki 100 saluran, mendorong teknologi jaringan kuantum.
- Tingkat fidelitas komunikasi detektor ini melebihi 90%, menunjukkan efektivitasnya.
- Para peneliti menggunakan material baru untuk mengatasi masalah beban panas, meningkatkan kinerja.
- Hasil pengujian menunjukkan efisiensi deteksi mencapai 80%, dengan tingkat positif palsu yang sangat rendah.
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT) di Tiongkok telah mengembangkan detektor photon tunggal dengan 100 saluran, yang membuka jalan bagi pengembangan jaringan kuantum broadband di Tiongkok. Prototipe jaringan yang diuji dengan detektor ini menunjukkan tingkat fidelitas komunikasi lebih dari 90%. Seiring dengan kemajuan dalam teknologi komputasi dan sensor kuantum, permintaan untuk jaringan informasi kuantum di masa depan akan semakin meningkat. Meskipun saat ini sedang menguji berbagai skema jaringan, skema yang mirip dengan jaringan serat optik yang ada memiliki potensi lebih besar karena kemudahan transisinya. Detektor photon tunggal (SPD) adalah komponen kunci dari jaringan semacam itu, karena dapat mengukur photon atau partikel cahaya individu, yang kemudian digunakan untuk menyimpan informasi kuantum.
SPDs dapat membantu dalam penerapan serat optik atau tautan luar angkasa untuk transmisi data kuantum, sekaligus juga mendukung keterikatan kuantum atau transfer instan, dengan cara mentransfer keadaan kuantum ke dalam photon.
Tantangan dan Kebutuhan SPDs
Tantangan dalam penggunaan SPDs adalah bahwa untuk mengembangkan dan memperluas teknologi kuantum, diperlukan pengembangan SPDs dengan kapasitas yang lebih tinggi. Saat ini, ada dua jenis SPD yang digunakan dalam penelitian kuantum. Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors (SNSPDs) adalah perangkat fotonik kelas atas yang memiliki akurasi deteksi yang sangat tinggi, tetapi memerlukan suhu yang sangat rendah untuk beroperasi. Di sisi lain, Single-Photon Avalanche Diodes (SPADs) dapat beroperasi pada suhu kamar, tetapi akurasinya lebih rendah, sehingga SNSPDs lebih disukai. Namun, persyaratan suhu yang sangat rendah untuk SNSPDs juga membawa tantangan lainnya.
Selama proses pembacaan, SNSPDs perlu terhubung ke instrumen yang dijaga pada suhu kamar. Ini biasanya dicapai melalui kabel koaksial yang relatif tebal dan terbuat dari logam konduktif panas, yang dapat menyebabkan panas dari suhu kamar masuk ke dalam ruang rendah suhu SNSPD, yang dikenal sebagai beban panas. Seiring dengan meningkatnya jumlah saluran deteksi di dalam SNSPD, jumlah kabel pembaca yang diperlukan juga meningkat, sehingga meningkatkan beban panas.
Penerapan dan Efek Material Baru
Untuk mengatasi masalah ini, para peneliti SIMIT melakukan desain ulang menyeluruh pada SNSPD dan mengganti kabel koaksial dengan material fleksibel khusus yang disebut high-density multi-core microstrip. Microstrip ini tidak hanya sangat tipis, tetapi juga memiliki isolasi termal yang baik, sehingga panas yang kembali ke ruang rendah suhu sangat terbatas. Menurut tim SIMIT, jumlah panas yang masuk ke sistem hanya satu per dua puluh satu dari kabel tradisional. Ini memungkinkan mereka untuk menambah lebih banyak saluran independen tanpa secara signifikan meningkatkan ukuran SNSPD.
Untuk menguji desain mereka, para peneliti melakukan pengoperasian terus menerus selama tujuh hari, dan hasilnya menunjukkan bahwa suhu ruang rendah tetap di bawah 2.1K, mendekati nol mutlak 0K (-273.15 derajat Celsius). Selama periode pengujian, efisiensi deteksi saluran mencapai 80%, sementara tingkat positif palsu yang dilaporkan sangat rendah, seperti yang dicatat oleh para peneliti dalam sebuah makalah.
Pengujian Jaringan Distribusi Keterikatan Kuantum
Untuk melakukan perbandingan yang lebih mendekati situasi nyata, tim penelitian membangun jaringan distribusi keterikatan kuantum dengan lima pengguna dan mengatur 10 tautan kuantum dua arah. Setiap pengguna menerima photon melalui saluran SPD yang baru dikembangkan dan menemukan bahwa tingkat fidelitas komunikasi, yaitu penyimpanan informasi kuantum, melebihi 90%. Hasil penelitian ini telah dipublikasikan di jurnal Laser & Photonics Reviews.
Item Spesifikasi Jumlah Saluran 100 Efisiensi Deteksi 80% Suhu Operasi 2.1K
Bagaimana Detektor Baru Mempengaruhi Perkembangan Teknologi Kuantum
Detektor photon tunggal memainkan peran penting dalam teknologi kuantum, terutama dalam transmisi data kuantum dan keterikatan kuantum. Seiring dengan meningkatnya permintaan untuk jaringan kuantum, pengembangan detektor berkinerja tinggi menjadi kunci. Penelitian SIMIT menunjukkan bahwa melalui desain inovatif dan penerapan material, masalah beban panas yang dihadapi oleh detektor tradisional dapat diatasi secara efektif, sehingga meningkatkan efisiensi transmisi informasi kuantum. Hal ini tidak hanya membantu mendorong perkembangan internet kuantum, tetapi juga dapat memfasilitasi aplikasi komersial dari teknologi terkait, yang memiliki dampak jangka panjang pada perkembangan teknologi di masa depan.