Mungkinkah menyatukan jam ultra-presisi, prosesor komputer, dan simulator proses fisik ke dalam satu partikel kuantum tunggal? Para fisikawan dari laboratorium JILA di Boulder, bekerja sama dengan rekan-rekan mereka dari Universitas Innsbruck, telah membuktikan bahwa hal tersebut memang bisa dilakukan. Mereka berhasil menciptakan "multitool" kuantum berbasis atom iterbium-171 yang mampu berganti peran fungsional hanya dengan perintah laser.
Selama ini, berbagai teknologi kuantum berkembang secara terpisah di jalurnya masing-masing. Sebagian ilmuwan fokus membangun qubit untuk komputasi, sebagian lainnya untuk pemodelan sistem yang kompleks, sementara yang lain merancang jam optik. Masalah utamanya adalah setiap tugas tersebut memerlukan sifat fisik yang berbeda-beda untuk bisa bekerja secara optimal.
Tim yang dipimpin oleh Adam Kaufman menemukan solusi yang sangat elegan untuk persoalan ini. Mereka memanfaatkan tiga pasang kondisi energi iterbium yang memiliki satu kondisi "jangkar" yang sama. Dengan mengarahkan denyut laser pada frekuensi tertentu ke atom tersebut, para peneliti mampu memindahkan superposisi kuantum antar mode secara instan tanpa kehilangan data sedikit pun.
Satu atom yang sama kini dapat beroperasi dalam tiga peran yang berbeda:
- Qubit nuklir: memanfaatkan spin inti atom yang hampir kebal terhadap gangguan eksternal sehingga dapat menyimpan informasi dengan sangat aman.
- Qubit Rydberg: terbentuk saat elektron mengalami eksitasi tinggi, memungkinkan atom-atom berinteraksi dengan cepat satu sama lain untuk menjalankan proses kalkulasi.
- Qubit optik: menggunakan tingkat energi yang biasa dipakai pada jam atom, sebuah komponen krusial untuk menghasilkan pengukuran dengan tingkat akurasi tertinggi.
Melalui serangkaian eksperimen, tim ilmuwan ini berhasil mendemonstrasikan siklus kerja yang menyeluruh. Mereka menghubungkan hingga 20 atom dalam kondisi terjerat dan melakukan operasi dua-qubit dengan tingkat akurasi mencapai 99,78%. Jika terjadi kesalahan selama proses peralihan, sistem akan mendeteksinya melalui kontrol optik dan secara otomatis membuang hasil percobaan yang gagal tersebut.
Di masa depan, fleksibilitas semacam ini diprediksi akan menghapus batasan antara komputasi kuantum dan metrologi presisi. Para insinyur tidak perlu lagi dipusingkan dengan pilihan sulit antara stabilitas sistem atau kecepatan operasinya. Integrasi tiga mode dalam satu platform ini dapat mempercepat kehadiran komputer kuantum praktis yang mampu menyelesaikan masalah dunia nyata tanpa harus mengganti perangkat keras yang rumit.
