Mungkinkah “kristal waktu” yang eksotik memegang kunci untuk merevolusi memori komputasi kuantum? Penelitian terbaru menunjukkan bahwa hal ini mungkin terjadi, memberikan gambaran sekilas tentang masa depan di mana penyimpanan data kuantum hanya membutuhkan waktu beberapa menit, bukan milidetik. Ini merupakan lompatan signifikan dari teknologi saat ini dan dapat membuka kemungkinan-kemungkinan baru untuk komputasi kuantum yang kompleks.
Kristal waktu adalah material unik yang menunjukkan pola berulang dalam waktu, bukan ruang, seperti kristal tradisional. Bayangkan sebuah pendulum berayun maju mundur – gerakannya periodik tetapi didorong oleh gaya eksternal (gravitasi). Namun, kristal waktu secara spontan mengembangkan periodisitas ini tanpa pengaruh eksternal yang berkelanjutan.
Para ilmuwan telah mengeksplorasi berbagai pengaturan untuk menciptakan struktur menakjubkan ini. Dalam studi terbaru yang dipublikasikan di Nature Communications, para peneliti dari Aalto University di Finlandia berfokus pada jenis kristal waktu yang dibangun dari kuasipartikel yang disebut magnon. Ini adalah gelombang kolektif yang terkait dengan sifat putaran partikel dalam lingkungan helium-3 superfluida.
Mengatasi Penghalang Kerapuhan
Kristal waktu dianggap sangat rapuh dan mudah terganggu oleh lingkungannya. Namun, penelitian ini mengatasi tantangan tersebut secara langsung. Para peneliti berhasil memasangkan kristal waktu magnon mereka ke gelombang permukaan mekanis tanpa merusaknya. Interaksi ini sangat penting karena menunjukkan potensi memanfaatkan kekuatan kristal waktu untuk aplikasi praktis.
Bayangkan mengayunkan benda halus ke depan dan ke belakang dengan lembut – meskipun tampak rapuh, benda tersebut dapat menahan gerakan jika dilakukan dengan hati-hati. Analogi ini menangkap esensi dari apa yang dicapai para peneliti. Dengan memanipulasi gelombang mekanis secara hati-hati, mereka menyebabkan perubahan frekuensi kristal waktu tanpa menyebabkan kerusakan.
“Bagi saya, ini adalah bagian yang paling menarik,” jelas rekan penulis studi Jere Mäkinen kepada Live Science. “Ini adalah bahwa Anda benar-benar dapat memasangkan kristal waktu secara signifikan ke sistem lain dan memanfaatkan kekuatan yang melekat pada kristal waktu.”
Potensi Solusi Memori Kuantum
Implikasi dari penemuan ini sangat besar, khususnya bagi komputasi kuantum. Komputer kuantum memanfaatkan qubit, yang tidak seperti bit klasik, dapat berada dalam keadaan superposisi (0 dan 1 secara bersamaan). Properti ini memungkinkan mereka berpotensi mengungguli komputer klasik dalam tugas tertentu.
Namun, menjaga superposisi halus ini adalah hal yang terpenting. Teknologi memori kuantum saat ini terutama mengandalkan orientasi putaran untuk menyimpan data, namun keadaan putaran ini sangat rentan terhadap kebisingan lingkungan. Kebisingan ini mengganggu superposisi, menyebabkan keadaan qubit runtuh dan kehilangan keunggulan kuantum. Akibatnya, memori kuantum yang ada hanya bertahan beberapa milidetik.
Magnon yang digunakan dalam penelitian ini menunjukkan stabilitas yang luar biasa. Mereka bertahan selama beberapa menit bahkan saat berinteraksi dengan gelombang permukaan mekanis – sebuah faktor penting untuk menyimpan data kuantum. Ketahanan ini berasal dari bagaimana informasi dikodekan dalam frekuensi magnon, yang kurang rentan terhadap gangguan lingkungan dibandingkan orientasi putaran.
“Ide yang jelas adalah untuk benar-benar mencapai batas kuantum dan melihat seberapa jauh kita dapat mendorongnya,” kata Mäkinen. Tim membayangkan penggunaan kristal waktu yang digabungkan secara mekanis ini sebagai jembatan antara unit pemrosesan kuantum dan modul memori di komputer kuantum masa depan. Hal ini memungkinkan penyimpanan informasi qubit yang lebih tahan lama, memungkinkan komputasi yang lebih kompleks, dan membuka batasan baru dalam komputasi kuantum.
Belajar dari Optomekanik
Menariknya, penelitian ini juga mengungkapkan kesamaan yang menarik dengan optomekanik – bidang di mana cahaya berinteraksi dengan resonator mekanis. Pengaruh halus foton yang mengenai cermin yang dipasang pada pegas (contoh umum) mengubah energi pegas. Analogi ini memberikan wawasan teoretis yang berharga tentang perilaku kristal waktu yang digabungkan dengan gelombang mekanis.
Kesamaan tersebut menunjukkan bahwa prinsip-prinsip optomekanik yang sudah mapan dapat diterapkan untuk memahami dan memanipulasi sistem kristal waktu baru ini. “Optomekanik adalah tema umum di banyak bidang fisika, sehingga Anda dapat menggunakannya dalam berbagai sistem berbeda,” kata Mäkinen.
Temuan ini membuka jalan bagi penelitian lebih lanjut mengenai penggabungan kristal waktu dengan berbagai resonator mekanis, yang berpotensi menghasilkan solusi memori kuantum yang lebih kuat dan efisien di masa depan. Perjalanan menuju pembangunan komputer kuantum yang toleran terhadap kesalahan dan terukur tampaknya semakin dekat dengan setiap penemuan inovatif seperti ini.
