Ytterbium:Merevolusi Jaringan Kuantum Jarak Jauh

• Bahan berbasis Ytterbium dapat memperkuat sinyal kuantum untuk menyebarkannya dalam jarak jauh.
• Materi tersebut dapat melindungi foton (membawa data kuantum) dari gangguan eksternal sehingga dapat disinkronkan.

Kriptografi kuantum adalah upaya untuk memungkinkan pengguna berkomunikasi melalui teknik yang lebih aman dibandingkan yang dijamin oleh kriptografi konvensional. Saat ini, ia menggunakan serat optik sepanjang ratusan mil dan memungkinkan penyelesaian berbagai tugas kriptografi yang terbukti tidak mungkin dilakukan menggunakan sistem komunikasi tradisional.

Tidak mungkin menyalin sinyal yang dikodekan dalam keadaan kuantum:jika ada yang mencoba membaca data yang dikodekan, keadaannya akan berubah (menghilang). Namun, fakta yang sama juga menghalangi para peneliti untuk memperkuat sinyal untuk menyebarkannya dalam jarak yang lebih jauh. Tantangan terbesarnya adalah membangun memori yang dapat menampung data kuantum yang dibawa oleh cahaya.

Kini, para peneliti di Universitas Jenewa, Swiss, telah menemukan elemen yang dapat menyimpan data kuantum yang rapuh tanpa mendistorsinya pada frekuensi tinggi.

Mencari Materi yang Tepat untuk Memori Kuantum

Para ilmuwan di seluruh dunia berupaya membuat memori kuantum yang dapat mengulangi sinyal kuantum dengan menahan dan menyinkronkan foton, sehingga dapat merambat dalam jarak yang lebih jauh.

Untuk membangun memori kuantum seperti itu, kita perlu menemukan material yang sesuai yang mampu mempertahankan foton (membawa data kuantum) selama beberapa detik dari gangguan eksternal sehingga dapat disinkronkan.

Karena foton bergerak sejauh 186.282 mil per detik, para peneliti harus menemukan material yang terisolasi dari gangguan lingkungan dan dapat beroperasi secara efisien pada frekuensi tinggi – dua fitur yang sulit ditemukan dalam satu material.

Kami sudah memiliki beberapa prototipe berdasarkan bahan langka seperti praseodymium atau europium, namun tidak terlalu efisien. Oleh karena itu, para peneliti mengalihkan minatnya pada unsur yang belum diteliti secara intensif:ytterbium.

Referensi:Bahan Alam | doi:10.1038/s41563-018-0138-x | Universitas Jenewa

Apa Manfaat Ytterbium?

Mereka menemukan bahwa ytterbium dapat mengisolasi atom dari lingkungannya yang cenderung mendistorsi sinyal, menjadikannya kandidat sempurna untuk repeater kuantum.

Tim menemukan “titik ajaib” dengan mengubah arah dan amplitudo medan magnet. Tepat pada titik ini, waktu koherensi atom ytterbium meningkat 1.000 kali lipat, saat berfungsi pada frekuensi tinggi.

Kristal Ytterbium didinginkan hingga 270,15 derajat Celcius

Mereka telah menunjukkan bahwa dimungkinkan untuk meningkatkan waktu putaran dan koherensi optik secara bersamaan, dengan mengurangi gradien transisi melalui medan bias magnet yang sangat rendah, atau dengan menggunakan transisi jam yang diinduksi pada medan nol. Ini berlaku untuk sistem putaran elektronik apa pun yang memiliki interaksi sangat halus dan Zeeman anisotropik.

Para peneliti kini mengembangkan memori kuantum berdasarkan ytterbium yang dapat membantu transisi cepat dari satu repeater ke repeater lainnya sambil mempertahankan status foton selama sekitar satu detik, untuk memungkinkan sinkronisasi.

Baca:Simulasi Inti Atom Pertama di Komputer Kuantum

Material ini memiliki banyak sifat unik, seperti transisi optik-hiperhalus yang dapat diselesaikan secara optik, manifold hyperfine yang sederhana, dan waktu koherensi yang lama, menjadikannya kandidat sempurna untuk aplikasi data kuantum. Selain itu, ia dapat digunakan untuk aplikasi dalam memori kuantum, dan digabungkan dengan qubit superkonduktor dalam rezim gelombang mikro.