Ukuran perangkat yang lebih kecil dari sebutir debu kini menjadi harapan baru dalam dunia komputer kuantum. Penemuan komponen berbasis microchip yang hampir 100 kali lebih tipis dari rambut manusia ini mampu mengontrol cahaya laser secara presisi dengan kebutuhan daya yang sangat rendah.
Perangkat anyar ini dinilai dapat mempercepat hadirnya komputer kuantum yang sebelumnya hanya dianggap mimpi. Tim peneliti dipimpin oleh Jake Freedman bersama Matt Eichenfield dari Quantum Engineering dan Nils Otterstrom dari Sandia National Laboratories berhasil menghasilkan sebuah optical phase modulator yang mungil sekaligus siap untuk diproduksi massal.
Mengatasi Tantangan Komputer Kuantum dengan Chip Mini
Komputer kuantum berbasis atom dan ion mengandalkan laser sebagai sumber instruksi bagi qubit. Qubit adalah bentuk modern dari bit dalam komputasi klasik, namun lebih sensitif dan membutuhkan kontrol yang akurat.
Akurasi warna dan frekuensi laser menjadi vital. Bahkan pergeseran sekecil sepermiliar persen bisa menggagalkan instruksi pada qubit, seperti dijelaskan Freedman, “Membuat salinan laser dengan perbedaan frekuensi yang sangat spesifik adalah salah satu kebutuhan utama komputer kuantum atom dan ion.”
Laboratorium saat ini masih menggunakan perangkat besar untuk menggeser frekuensi laser. Alat-alat ini tidak efisien untuk diterapkan pada ribuan saluran karena boros daya dan membutuhkan area sangat luas.
Keunggulan Fisik dan Kinerja Chip Optik Mikro
Perangkat baru memanfaatkan getaran frekuensi mikrogelombang bernilai miliaran ayunan per detik yang mengukir fase pada sinar laser. Pengendalian fase ini memungkinkan penciptaan frekuensi laser baru yang lebih stabil, efisien, dan mudah diatur dalam ukuran mini.
Dari satu laser utama, chip ini bisa membaginya menjadi beragam warna yang bisa diatur untuk kelompok qubit berbeda. Semua proses berlangsung pada beberapa chip kecil, bukan lagi deretan perangkat optik besar yang boros ruang.
Peneliti menegaskan, konsumsi daya chip tersebut 80 kali lebih rendah daripada sistem optik komersial biasa saat menghasilkan frekuensi cahaya baru. Efisiensi daya ini juga berarti produksi panas lebih kecil, memungkinkan integrasi ribuan jalur optik dalam satu modul tanpa risiko overheat.
Dibuat dengan Teknologi Industri Standar
Keputusan menggunakan proses fabrikasi CMOS—seperti chip komputer dan ponsel—berdampak besar pada potensi skalabilitasnya. Proses ini telah membuktikan mampu menghasilkan miliaran transistor identik di seluruh dunia.
Matt Eichenfield menyebut, “Dengan fabrikasi CMOS, nantinya kita dapat memproduksi ribuan bahkan jutaan versi identik komponen fotonik ini. Itulah yang akan sangat dibutuhkan komputer kuantum.”
Gabungan getaran mekanik mikro dengan cahaya laser pada silikon memungkinkan manipulasi frekuensi secara presisi di permukaan chip yang sangat kecil. Teknologi ini menjadi loncatan bagi perangkat optik menuju era “revolusi transistor” versi fotonik, sebagaimana ditegaskan Otterstrom.
Menuju Modul Kontrol Optik Kuantum Generasi Baru
Perangkat ini dirancang bukan sekadar demonstrasi laboratorium, melainkan sebagai pondasi bagi sistem optik terintegrasi sepenuhnya. Tim Freedman dan Eichenfield mengembangkan sirkuit fotonik yang bisa menggabungkan beberapa fungsi sekaligus—dari pembangkitan frekuensi baru, penyaringan, hingga pengaturan pulsa cahaya dalam satu chip.
Chip ini nantinya dapat dihubungkan langsung ke komputer kuantum berbasis atom atau ion dengan tusukan plug-and-play. Ribuan saluran laser presisi bisa dikendalikan tanpa harus menumpuk ribuan peralatan laboratorium konvensional.
Manfaat Praktis Riset Ini
Adaptasi sistem pengaturan frekuensi laser ke dalam chip CMOS membuat perangkat ini sangat mungkin diproduksi massal. Jalan menuju komputer kuantum berskala ribuan hingga jutaan qubit akan lebih terbuka tanpa beban konsumsi daya, panas, maupun biaya peralatan tradisional.
Daya listrik dan produksi panas yang rendah juga memangkas kebutuhan sistem pendingin yang selama ini menjadi biaya utama dalam banyak sistem quantum. Selain komputasi kuantum, perangkat ini juga relevan untuk aplikasi sensor kuantum dan jaringan kuantum yang sangat mengandalkan stabilitas cahaya laser.
Keunggulan utama terletak pada kemudahan diduplikasi di industri, mirip dengan alur produksi chip elektronik masa kini. Dalam jangka panjang, kemungkinan besar harga perangkat optik canggih ini akan terkerek turun, mempercepat laju inovasi di bidang pengukuran presisi dan komunikasi terenkripsi berbasis kuantum.
Penelitian yang didukung program Quantum Systems Accelerator ini telah dipublikasikan di jurnal Nature Communications dan mempertegas posisi strategi pengendalian cahaya sebagai inti peta jalan teknologi kuantum di masa akan datang.
