Babak Pertama Pengembangan Komputer Kuantum

KOMPAS.com - Serge Haroche dari Perancis dan David Wineland dari Amerika Serikat diumumkan sebagai pemenang Nobel Fisika 2012 pada Selasa (9/10/2012). Keduanya dianggap berjasa dalam menguak misteri dunia fisika kuantum.

Ilustrasi : Komputer Kuantum

Kemenangan keduanya memberi jawaban pada prediksi peraih Nobel Fisika tahun ini. Sebelumnya, nobel itu diperkirakan akan diraih oleh peneliti partikel Higgs. Namun, hasil riset partikel Higgs yang diumumkan 4 Juli 2012 lalu mungkin terlalu dini untuk mendapatkan nobel.

Panitia nobel menyatakan bahwa riset Haroche dan Wineland dipilih karena memberi sumbangan besar. "Metode mendasar mereka memungkinkan penelitian ini menjadi langkah awal untuk mengembangkan komputer super cepat tipe terbaru berdasarkan fisika kuantum."

"Penelitian ini juga menjadi permulaan untuk mengkonstruksi jam atomik yang super tepat yang bisa menjadi standar waktu di masa depan," demikian pernyataan panitia nobel di situs webnya, Selasa kemarin.

Komputer kuantum adalah teknologi yang kini masih menjadi mimpi namun akan jadi revolusi di abad ini. Sementara jam atomik 10 kali lipat lebih baik dari jam saat ini, sangat tepat hingga diumpamakan hanya akan mati 5 detik sepanjang 13,7 miliar sejak Big Bang.

Dari Khayalan jadi Kenyataan

Lalu, apa sebenarnya penelitian Haroche dan Wineland? Panitia nobel menyebutkan bahwa riset keduanya terkait dengan pengembangan metode untuk mengukur, mengontrol dan memanipulasi partikel kuantum tunggal.

Selama ini, partikel kuantum tunggal sulit diamati secara langsung karena karakteristik kuantumnya akan rusak begitu berinteraksi dengan dunia luar. Ilmuwan cuma bisa menggambarkan lewat "eksperimen khayalan".

"Eksperimen khayalan" tersebut dideskripsikan oleh  Erwin Schrödinger, dikenal sebagai Kucing Schrödinger. Ia mengibaratkan partikel kuantum layaknya kucing dalam kotak tertutup dengan satu botol berisi racun sianida yang dapat membunuh.

Dalam fisika kuantum, dikenal kondisi superposisi, dimana suatu partikel punya kemungkinan untuk berada di dua kondisi sekaligus. Kondisi superposisi ini sangat sensitif sehingga kontak dengan lingkungan akan merusaknya.

Berdasarkan hal itu, racun sianida dalam kotak bisa ada dalam dua kondisi, meluruh atau tidak. Kucing pun demikian, dapat berada dalam kondisi hidup ataupun mati karena efek radioaktif sianida.

Untuk mengetahui kondisi kucing sebenarnya, sekilas mudah saja, dengan membuka kotak. Tapi menurut fisika kuantum, membuka kotak untuk mengetahui kondisi kucing tak mungkin dilakukan sebab akan merusak superposisi. Demikianlah kira-kira kesulitan pengamatan partikel kuantum.

Panitia nobel mengungkapkan bahwa Haroche dan Wineland membuat terobosan sebab "Haroche dan Wineland menjebak partikel kuantum dan meletakkannya seperti dalam kondisi superposisi kucing." Sesuatu yang awalnya hanya dalam khayalan bisa dibuktikan dalam kenyataan.

Dua Metode Berbeda

Untuk membuktikan kondisi superposisi, mengukur serta memanipulasi partikel kuantum, Haroche dan Wineland melakukan dua metode yang berbeda. Kedua metode yang dipilih berlawanan tetapi tetap punya kaitan.

Dalam eksperimennya, Wineland menjebak ion Berrylium dengan medan listrik. Partikel bermuatan itu diisolasi dari panas dan radiasi di lingkungannya. Caranya, dengan melakukan eksperimen di ruang vakum pada suhu yang sangat rendah.

Salah satu rahasia dalam penelitian Wineland adalah penggunaan laser untuk menciptakan pulsa laser. Laser membantu menempatkan ion pada energi terendahnya sehingga memudahkan peneliti mengobservasi perilakunya. Laser juga membantu menempatkan ion pada kondisi superposisi.

Dengan laser, sebagai salah satu contoh, ion bisa ditempatkan di antara dua level energi, dengan peluang bisa berakhir di level energi rendah ataupun tinggi. Dalam kondisi itu superposisi energi suatu partikel bisa dipelajari.

Sementara itu, Haroche melakukan metode berbeda dengan cara mengobservasi cahaya yang dijebak. Cahaya diisolasi dengan dua cermin berbahan superkonduktor. Percobaan juga dilakukan di suhu hampir nol mutlak (-273 derajat Celsius).

Cermin superkonduktor memiliki kemampuan memantulkan yang luar biasa. Cahaya bisa dipantulkan di ruang antar cermin yang hanya sekitar 3 cm selama hampir sepersepuluh detik sebelum diserap.

Berkebalikan dengan Wineland yang memanipulasi ion dengan foton, Haroche memanipulasi foton dengan ion. Wineland mengirimkan atom Rydberg ke ruang antara dua cermin sedemikian sehingga perilaku foton bisa dimanipulasi.

Interaksi antara atom dan foton mengubah fase kuantum atom. Jika atom diibaratkan sebuah gelombang, puncak dan lembahnya bergantian. Saat atom meninggalkan ruang antar cermin, foton di dalamnya bisa dilihat ada tidaknya. Jika tak ada foton, maka tak ada pergantian fase.

Dasar Teknologi Komputer Kuantum

Aplikasi dari isolasi ion merupakan dasar dari penciptaan komputer kuantum. Unit dasar komputer saat ini adalah bit, masih berbasis pada kode biner. Bit hanya dapat bernilai 1 atau 0.

Dalam kuantum komputer, unit dasarnya adalah bit kuantum (qubit). Qubit layaknya kucing Schrödinger. Qubit bisa bernilai 1 atau 0 sekaligus. Dengan prinsip ini, komputer masa depan mampu menampung dan memroses lebih banyak data sehingga lebih cepat.

Panitia nobel menyatakan bahwa komputer kuantum akan menjadi keseharian manusia dalam abad 21 ini, menjadi sebuah revolusi, sebagaimana komputer kasik menjadi revolusi di abad 20 lalu.

Isolasi ion juga mendasari teknologi jam atom masa depan. Jam saat ini berbasis atom sesium. Sementara, jam atom masa depan berbasis cahaya tampak, sehingga sering juga disebut jam optik. Jam optik akan jauh lebih tepat dari jam saat ini.

Dengan adanya jam optik, variasi gravitas dan perjalanan waktu bisa diukur. Semakin besar gravitasi, semakin lambat berjalannya waktu. Hal ini mungkin akan bermanfaat bagi pengembangan GPS yang selama ini didasarkan pada sinyal satelit dengan waktu yang secara rutin dikalibrasi.

Riset Haroche dan Wineland menjadi babak pertama pengembangan komputer kuantum dimana dasar pengetahuan ditegakkan. Riset ini mungkin seperti penemuan struktur DNA oleh watson dan Crick yang kemudian menjadi dasar dari rekayasa genetika.

Sumber :

Nobel Prize

Editor :Yunanto Wiji Utomo | Rabu, 10 Oktober 2012

http://sains.kompas.com/read/2012/10/10/10505389/Babak.Pertama.Pengembangan.Komputer.Kuantum