Server Kuantum dengan foton tunggal

Para ilmuwan di Max-Planck Institute of Quantum Optics (MPQ) telah berhasil membangun sebuah server foton tunggal yang dihasilkan dari sebuah atom neutral terjebak.

Hasil ini merupakan sebuah langkah maju dalam upaya mengembangkan teknologi informasi kuantum
Komputasi pada dasarnya dapat didefinisikan sebagai pengolahan sistematis dari simbol tertentu (input) menjadi simbol lainnnya (output). “Simbol” di sini adalah obyek fisis, dan komputasi adalah proses fisis yang dilakukan oleh piranti fisis yang disebut komputer. Jika kita menginterpretasikan setiap keadaan fisis sebagai sebuah simbol, maka pada dasarnya setiap proses fisis dapat dianggap sebagai proses komputasi. Jelaslah bahwa “informasi bersifat fisis” dan karenanya teori komputasi harus mengacu pada hukum dasar fisika.

Teori informasi klasik sebagaimana dirumuskan oleh Turing, Church, Post, Neumann, dan Godel, yang direalisasikan dalam bentuk komputer digital sekarang ini, awalnya adalah teori matematika abstrak yang sama sekali tidak mengacu pada hukum fisika. Dan gagasan klasik ini tentulah membutuhkan tinjauan ulang dalam sudut pandang hukum fisika, khususnya dalam sudut pandang teori kuantum. Misalnya, dalam fenomena kuantum terdapat proses acak murni, misalnya peluruhan radioaktif, yang tidak terdapat dalam fisika klasik. Selanjutnya, dalam fisika klasik terdapat pasangan besaran yang tidak dapat secara bersamaan memiliki nilai pasti (prinsip ketidakpastian), misalnya jika A dan B adalah pasangan besaran yang memenuhi prinsip ketidakpastian, maka pengukuran A akan mempengaruhi hasil dari pengukuran B. Tindakan memperoleh informasi dari sebuah sistem akan mengganggu keadaan sistem tersebut. Juga keadaan kuantum memenuhi prinsisp superposisi, yaitu bahwa jika sebuah sistem bisa berada dalam keadaan |a> atau |b>, maka sistem itu juga bisa berada dalam kombinasi keduanya.
Proses ketidakpastian berkaitan dengan keacakan kuantum : karena hasil pengukuran memiliki elemen acak, maka kita tidak dapat menentukan keadaan awal suatu sistem berdasarkan hasil pengukuran. Kenyataan bahwa proses pengukuran akan mengganggu sistem juga berkaitan dengan kenyataan bahwa keadaan kuantum tidak dapat disalin (no-cloning theorem). Seandainya kita dapat menyalin sebuah keadaan kuantum, maka kita dapat mengukur keadaan salinan tanpa mengganggu keadaan asli, sehingga akan melanggar prinsip ketidakpastian. Hal seperti ini tidak terdapat dalam fisika klasik. Selain prinsip ketidakpastian, teori informasi kuantum juga berbeda dengan teori informasi klasik dalam hal bahwa informasi kuantum dapat dikodekan dalam keterikatan nonlokal (nonlocal quantum entanglement) antara bagian berbeda dari sebuah sistem fisis, suatu fenomena yang tidak terdapat dalam fisika klasik.

Tentunya muncul pertanyaan, apakah komputer kuantum, seandainya mengkin dibangun, memiliki kemampuan komputasi melebihi komputer klasik. Ada berbagai hal di mana teori informasi dan komputasi kuantum dapat dimanfaatkan untuk melakukan proses yang jauh mengungguli proses klasik. Di antaranya adalah : transmisi informasi klasik secara aman yaitu tidak dapat disadap (kriptografi kuantum), transmisi informasi kuantum dengan memanfaatkan keterikatan kuantum (teleportasi kuantum), dan algoritma kuantum yang jauh lebih efisien seperti algoritma faktorisasi Shor dan algoritma pencarian Grover.

Tentunya keadaan kuantum sangat rentan terhadap interaksi dengan lingkungan, karenanya kemungkinan bahwa kita bisa melakukan koreksi-kesalahan (error-correcting) dalam pengolahan informasi kuantum merupakan suatu hal yang sangat penting dalam teori informasi kuantum.

Teknologi yang ada sekarang belum memungkinkan untuk membangun sebuah komputer kuantum universal yang cukup besar. Namun berbagai proposal telah dicoba untuk menguji proses informasi dan komputasi kuantum dengan jumlah qubit (quantum-bit) yang lebih kecil.

Sebuah foton dapat dihasilkan dengan menembakkan laser ke atom. Lalu, supaya foton yang dihasilkan dapat ditembakkan ke arah tertentu yang diinginkan, maka digunakan sepasang cermin, yang biasa disebut cavity, yang berfungsi seperti semacam lorong.

Dibandingkan dengan metode lainnya, foton yang dihasilkan oleh MPQ ini dikatakan berkualitas tinggi, yaitu bisa dikontrol, seperti misalnya energi dan arahnya bisa dibuat akurat. Kualitas seperti itu adalah salah satu syarat yang diperlukan untuk melakukan proses informasi kuantum, yaitu bahwa kita harus bisa mempersiapkan keadaan kuantum yang presisi yang bisa dijadikan sebagai bit kuantum (quantum bit atau sering disingkat qubit). Dan juga sistemnya bisa dipertahankan untuk periode yang cukup lama, sehingga memungkinkan untuk menjadi sebuah server.