Terobosan baru dalam dunia TEKNOLOGI kuantum membuka peluang besar bagi pengembangan perangkat pencitraan otak yang lebih sensitif dan akurat. Tim peneliti dari Adelaide University, Australia, berhasil menemukan pendekatan inovatif untuk meningkatkan kemampuan sensor kuantum dalam mendeteksi medan magnet yang sangat lemah. Penemuan yang diumumkan pada 27 Oktober 2026 ini berpotensi mendukung kemajuan diagnostik medis, pemantauan aktivitas otak, hingga sistem komunikasi modern. Melalui perubahan sederhana pada rancangan rangkaian superkonduktor, para ilmuwan menawarkan solusi terhadap keterbatasan sensor yang selama ini menjadi tantangan dalam pengembangan perangkat pengukuran berpresisi tinggi.
Terobosan Peneliti Adelaide dalam Pengembangan Sensor Kuantum
Para peneliti dari Adelaide University berhasil mengembangkan pendekatan baru untuk mengoptimalkan kemampuan sensor kuantum yang menggunakan rangkaian superkonduktor. Riset terbaru tersebut dilaksanakan oleh Quantum and Nano Technology Group atau QuaNTeG, dengan tujuan penting mengatasi keterbatasan teknis pada perangkat Superconducting Quantum Interference Device atau SQUID. Sensor tersebut dikenal karena mengukur perubahan medan magnet yang amat lemah. Karakteristik tersebut membuatnya komponen penting dalam beragam bidang riset, termasuk sistem pencitraan otak yang mengandalkan tingkat sensitivitas yang presisi untuk membaca sinyal biologis.
Penelitian terbaru ini berada di bawah arahan Associate Professor Giuseppe Tettamanzi dari School of Chemical Engineering Adelaide University. Dalam pelaksanaannya, tim juga melibatkan mahasiswa doktoral Ross Monaghan dan Jonathan Marenkovic. Hasil penelitian yang dipublikasikan dalam jurnal Physical Review Applied tersebut memberikan pendekatan alternatif bagi insinyur superkonduktor. Sebagai alternatif terhadap rancangan sebelumnya yang membutuhkan banyak struktur dengan ukuran berbeda, metode ini menggunakan susunan komponen yang lebih seragam. Perubahan ini membuka kesempatan memperbaiki kinerja sensor tanpa mengurangi secara sengaja sensitivitas pengukurannya.
Cara Kerja Sensor Kuantum dalam Mendeteksi Aktivitas Otak
Perangkat penginderaan kuantum memanfaatkan prinsip fisika kuantum untuk mengukur perubahan lingkungan yang sulit diamati. Pada penelitian sistem saraf, kemampuan tersebut mempunyai nilai besar karena aktivitas listrik sel saraf dapat menghasilkan medan magnet yang sangat lemah. Teknik pemeriksaan yang mengandalkan pengukuran medan magnet otak adalah magnetoensefalografi atau MEG. Metode ini membantu peneliti untuk mengamati aktivitas saraf berdasarkan perubahan medan magnet. Tidak sama dengan pencitraan yang berfokus pada struktur anatomi, MEG menghasilkan informasi mengenai dinamika sinyal otak dengan resolusi temporal yang baik.
Pada perangkat berbasis superkonduktor, SQUID memanfaatkan sifat material superkonduktor yang beroperasi pada kondisi suhu ekstrem rendah. Komponen penting dalam banyak rancangan SQUID adalah Josephson junction, yaitu struktur penghubung yang berperan dalam munculnya efek kuantum pada rangkaian. Dengan prinsip kerja ini, perubahan fluks magnetik yang berintensitas rendah dapat direpresentasikan menjadi sinyal yang memungkinkan pemrosesan lebih lanjut. Walaupun memiliki sensitivitas tinggi, pengembangan sensor masih menghadapi tantangan ketika perlu mengidentifikasi nilai medan magnet absolut. Kondisi tersebut memotivasi para ilmuwan Adelaide untuk mengembangkan rancangan yang lebih optimal tanpa menghilangkan keunggulan sensitivitas sensor.
Peran Bare Loops dalam Penyempurnaan Rangkaian Kuantum
Keunggulan utama dari penelitian Adelaide adalah penerapan struktur yang disebut bare loops. Bagian rangkaian ini merupakan jalur tertutup superkonduktor yang dibuat tanpa Josephson junction. Pada rancangan konvensional, pengembang menerapkan banyak loop dengan dimensi tidak seragam untuk mengatasi kesulitan menentukan medan magnet absolut. Walaupun rancangan itu dapat bekerja, kompleksitas rangkaian sering menimbulkan kompromi terhadap sensitivitas perangkat. Melalui inovasi Adelaide, para peneliti menyusun loop dengan ukuran sama, kemudian mengganti beberapa bagian menjadi bare loops untuk menciptakan respons magnetik yang lebih sesuai.
Pendekatan tersebut menghasilkan fenomena yang disebut synthetic area spread. Jika dijelaskan tanpa istilah rumit, fenomena ini menyebabkan rangkaian dengan loop berukuran sama berperilaku seolah-olah memiliki banyak loop dengan luas berbeda. Efek tersebut muncul karena perubahan cara sinyal magnetik bergerak di dalam jaringan superkonduktor. Melalui pengaturan ini, kebutuhan menggunakan loop dengan dimensi beragam dapat dikurangi. Inovasi ini membuka peluang memperbaiki proses perancangan perangkat sekaligus menjaga kondisi yang dibutuhkan untuk mencapai sensitivitas yang optimal.
Potensi Sensor Kuantum bagi Diagnostik dan Pemantauan Otak
Kemajuan perangkat pendeteksi magnetik menghadirkan kemungkinan bagi penelitian neurologi yang memerlukan pengukuran sinyal berintensitas rendah. Bagi penelitian sistem saraf, peningkatan kualitas detektor berpotensi membantu sistem pengukuran mengenali perubahan medan magnet dengan gangguan pengukuran lebih rendah. Informasi tersebut dapat berguna untuk memahami bagaimana jaringan saraf mengirimkan sinyal selama aktivitas tertentu. Dalam penerapan penelitian, pengukuran magnetik otak dapat digunakan untuk menganalisis pola aktivitas saraf. Akan tetapi, penelitian Adelaide belum memberikan bukti bahwa rancangan baru ini sudah meningkatkan hasil pemeriksaan pasien.
Selain untuk pencitraan otak, sensor superkonduktor yang semakin sensitif mempunyai peluang digunakan dalam berbagai kebutuhan pengukuran elektromagnetik. Aplikasi potensialnya antara lain perangkat radiofrekuensi, sistem komunikasi dengan gangguan rendah, dan instrumen penelitian fisika. Dalam lingkungan medis, kualitas pengukuran mempunyai peran besar karena sinyal biologis sering kali memiliki amplitudo rendah. Walaupun pengembangan ini menjanjikan, peningkatan kemampuan satu komponen sensor belum tentu langsung menghasilkan pemeriksaan yang lebih cepat bagi pasien. Sejumlah aspek tambahan seperti pemrosesan sinyal, pengendalian gangguan lingkungan, sistem pendinginan, dan validasi medis masih perlu dikembangkan sebelum teknologi menjadi bagian dari sistem klinis.
Validasi Teknologi dan Hambatan Menuju Penerapan Nyata
Sebagai langkah memverifikasi pendekatan yang dirancang, tim Adelaide tidak hanya mengandalkan analisis teori dengan validasi menggunakan perangkat fisik. Tim pengembang memfabrikasi rangkaian superkonduktor yang disusun sesuai kebutuhan penelitian, kemudian melakukan pengamatan pada suhu sangat rendah. Pengamatan laboratorium mengonfirmasi bahwa perangkat menunjukkan karakteristik yang cocok dengan prediksi teori. Hasil validasi ini memperkuat dasar ilmiah bahwa pengaturan bare loops mampu menciptakan synthetic area spread. Meskipun demikian, penelitian ini belum melewati seluruh tahapan pengembangan sebelum produk komersial tersedia.
Pekerjaan lanjutan para peneliti adalah meningkatkan performa sensor dan mengevaluasi kesesuaiannya untuk kebutuhan dunia nyata. Pada tahap penelitian lanjutan, para pengembang harus memperhatikan stabilitas perangkat, kebutuhan pendinginan, karakteristik gangguan, serta kesesuaian penggunaan dengan sistem elektronik lainnya. Salah satu keuntungan rancangan baru adalah potensi mempermudah proses fabrikasi karena tidak mewajibkan pembuatan banyak loop dengan ukuran yang berbeda. Di sisi lain, penyederhanaan desain tidak otomatis memastikan bahwa biaya produksi massal sudah dapat ditekan. Gagasan teknologinya juga sedang dicakup dalam permohonan paten internasional, sementara studi lanjutan terus dilakukan untuk memperluas pemanfaatan perangkat.
Kesimpulan: Masa Depan Sensor Kuantum dalam Pencitraan Otak
Inovasi yang dikembangkan tim QuaNTeG menunjukkan bahwa perubahan desain yang sederhana dapat membuka kesempatan pengembangan teknologi sensor kuantum. Dengan menerapkan bare loops dan fenomena synthetic area spread, para ilmuwan telah mengembangkan solusi terhadap tantangan teknis yang berlangsung lama pada perangkat SQUID. Hasil penelitian tersebut membuka kemungkinan untuk mendorong perkembangan TEKNOLOGI pencitraan otak, pengukuran elektromagnetik, dan perangkat komunikasi sensitif. Kendati membawa harapan baru, pengujian tambahan dan pengembangan sistem masih diperlukan sebelum manfaatnya bisa diwujudkan dalam penggunaan klinis. Bagaimana pendapat Anda, apakah sensor kuantum dapat berkembang menjadi salah satu teknologi penting dalam pemeriksaan otak masa depan? Bagikan pandangan Anda mengenai perkembangan teknologi ini.
