Uji Coba Jaringan Kuantum, Menuju Era Internet Tanpa Peretasan

Demonstrasi ini dibangun berdasarkan penelitian pada tahun 2023, di mana tim yang sama menghubungkan sepasang node antara Brooklyn dan Manhattan.

Manhattan adalah tempat yang sangat padat, menurut Javad Shabani, direktur Pusat Fisika Informasi Kuantum NYU dan Institut Kuantum NYU. Di sana semua berada dalam jangkauan lima atau enam mil dan kita dapat menemukan ratusan lembaga keuangan dalam radius yang sangat kecil.

Kepadatan tersebut—dari infrastruktur, lembaga, dan pengguna potensial—mungkin menjadikan kota ini salah satu tempat pertama di mana internet kuantum mulai terbentuk.

Internet kuantum dianggap 'tidak dapat diretas' berkat distribusi kunci kuantum yang tidak bergantung pada perangkat (DI-QKD), sebuah metode di mana kunci kriptografi dikodekan dalam keadaan kuantum partikel seperti foton. Keadaan kuantum tidak mungkin disalin dan mengukurnya akan mengganggu keadaan tersebut—artinya, penyadapan sulit dilakukan dan mudah terdeteksi.

Informasi ditransmisikan melalui foton, tetapi foton-foton tersebut mudah hilang di dalam serat optik. Selain itu, 'gangguan'—gangguan yang disebabkan oleh lingkungan atau rangsangan lain—mengacaukan keadaan kuantumnya, sehingga membatasi transfer data hanya pada jarak yang sangat pendek.

Untuk memperluas jangkauan ini, tim tersebut menciptakan jaringan hub-and-spoke—sebuah hub perantara untuk pertukaran dan perutean data dengan dua cabang yang menjulur ke luar. Untuk mewujudkan hal ini, mereka membuat node sederhana di fasilitas Qunnect di Brooklyn dan menghasilkan pasangan foton yang terjalin—artinya keadaan kuantum mereka saling terhubung sehingga berbagi informasi melintasi ruang dan waktu.

Foton-foton ini mengalir melintasi serat optik komersial yang telah dipasang sepanjang 5 hingga 6 mil (8 hingga 10 kilometer) menuju hub pusat di fasilitas QTD Systems, sebuah pusat data komersial dan fasilitas jaringan di Lower Manhattan

Salah satu terobosan penting muncul dalam bentuk 'pertukaran keterikatan'— suatu proses di mana partikel-partikel yang sebelumnya belum pernah berinteraksi dapat menjadi terikat. Hal ini sangat penting untuk membangun koneksi-koneksi pendek menjadi jaringan yang lebih besar.

Proses ini bergantung pada pengukuran yang mentransfer keterikatan dari pasangan awal ke pasangan yang jauh. Proses ini bergantung pada teleportasi kuantum—fenomena di mana dua atau lebih partikel berbagi keadaan kuantum yang terhubung—sehingga mengukur salah satunya secara instan menentukan sifat-sifat yang berkorelasi dari yang lain.

Namun, alih-alih menteleportasi data antara dua qubit yang terikat, proses ini menteleportasi keadaan keterikatan itu sendiri.

Pertukaran tersebut terjadi di pusat QTD, di mana detektor kriogenik—detektor foton yang sangat sensitif yang didinginkan hingga suhu sangat rendah untuk mendeteksi foton tunggal pembawa informasi kuantum secara andal—mengukur foton-foton dan pasangan tertaut yang belum pernah berinteraksi. Hasilnya adalah keterikatan kuantum yang menjangkau seluruh kota antara sumber-sumber luar aslinya.

Transfer data konvensional sangat rentan terhadap penyadapan. Para ilmuwan mengatakan bahwa internet kuantum akan menyelesaikan masalah ini karena setiap intersepsi akan mengganggu foton, sehingga gangguan tersebut langsung terlihat.

Eksperimen ini membuktikan bahwa sambungan kuantum berskala metropolitan dapat berfungsi dengan serat telekomunikasi yang aktif, sekaligus mengatasi masalah melemahnya atau hilangnya foton saat melewati kabel serat optik, serta suhu ekstrem dan getaran yang dapat merusak keterikatan kuantum yang rapuh.

Desain hub-and-spoke mengatasi masalah skalabilitas dengan memusatkan peralatan kriogenik yang kompleks di satu hub. Hal ini menghindari masalah di mana setiap node memerlukan sistem pendingin yang mahal dan boros energi, sehingga jaringan dapat diperluas tanpa membengkaknya biaya.

Dalam jangka pendek, demonstrasi ini membuka jalan bagi QKD, yaitu pembagian kunci enkripsi yang tidak dapat diretas untuk melindungi data sensitif dari sumber-sumber seperti bank, pemerintah, atau industri kesehatan.

Dalam jangka panjang, ini merupakan langkah menuju komputasi kuantum terdistribusi sejati, yang dapat menghubungkan berbagai perangkat untuk menangani masalah yang sangat kompleks, seperti penemuan obat atau pemodelan iklim, yang tidak dapat ditangani oleh satu operator saja.