Komputer kuantum merealisasikan teknologi koreksi diri, berhasil menggunakan 100 qubit untuk komputasi berkelanjutan

Peneliti mendemonstrasikan bagaimana komputer kuantum dapat terus mengukur dan mengatur ulang qubit-nya saat komputasi berlangsung, sehingga membantu mengendalikan perilaku kacau di dalam prosesor. Eksperimen ini menggunakan hingga 100 qubit, menampilkan teknologi kunci yang bertujuan mengembangkan komputer kuantum yang lebih andal. Tim peneliti mencakup ilmuwan dari Rutgers University, IBM, serta beberapa institusi mitra. Hasil penelitian mereka diterbitkan di jurnal Nature Physics, dan mengungkapkan transisi yang jelas antara perilaku kacau dan perilaku kuantum yang terkontrol.

Tantangan Unik Komputer Kuantum

Mengatur Ulang Qubit untuk Memulihkan Ketertiban Komputer kuantum memproses informasi secara berbeda dengan komputer konvensional. Qubit-nya dapat berada dalam superposition beberapa keadaan, memberikannya kemampuan yang tidak dapat ditiru langsung oleh bit konvensional. Namun, keadaan rapuh ini dapat memburuk akibat interaksi dengan lingkungan dan cacatan perangkat keras. Selama komputasi, kesalahan terus menumpuk, hingga akhirnya membuat hasil tidak andal. Oleh karena itu, peneliti harus mengembangkan sistem yang dapat mendeteksi dan memperbaiki kesalahan tersebut saat komputasi berlangsung. Pendekatan ini disebut koreksi kesalahan kuantum, yang menjadi dasar komputasi kuantum toleran kesalahan.

Tim tersebut menggunakan prosesor IBM Quantum Heron dengan 156 qubit untuk pengujian. Peneliti memilih rangkaian terhubung yang berisi hingga 100 qubit untuk eksperimen. Mereka menjalankan dua proses yang saling bersaikan secara bergantian. Satu proses mengacaukan informasi antara qubit tetangga, menyebarkan ketidakteraturan di dalam sistem; proses lainnya terus mengukur qubit individual dan mengatur ulang ke keadaan yang ditentukan. Eksperimen ini melibatkan hampir 5.000 operasi dua qubit serta hampir 5.000 siklus pengukuran dan pengaturan ulang, memungkinkan peneliti menyelidiki bagaimana intervensi berulang dapat meniadakan proses pengacauan.

Perubahan Jelas pada Kekacauan Peneliti menyesuaikan frekuensi masing-masing proses untuk menentukan perilaku mana yang mendominasi. Ketika proses pengacauan terjadi lebih sering, sistem tetap dalam keadaan kacau. Sebaliknya, ketika proses pengukuran dan pengaturan ulang terjadi sering, sistem bergerak menuju keadaan teratur dan terkontrol. Perubahan paling signifikan terjadi di sekitar keseimbangan 50-50 antara kedua proses. Penyesuaian kecil pada frekuensi relatif dapat memicu perubahan drastis pada seluruh sistem. Fisikawan menyebut fenomena ini sebagai transisi fasa, yang menggambarkan perubahan kolektif perilaku sistem, serupa dengan proses air membeku.

Dampak Intervensi Acak

Justin Wilson, profesor fisika di Louisiana State University dan penulis bersama penelitian, menjelaskan bahwa intervensi acak dapat menekan perilaku yang awalnya tidak terduga. Peneliti juga menemukan bahwa transisi ini berlangsung dalam sistem kuantum, meski keberlangsunganannya masih tidak pasti. Hasil penelitian selaras dengan prediksi teoritis. Saat peneliti memeriksa sistem yang lebih besar, definisi transisi ini semakin jelas, menunjukkan bahwa efek ini melampaui sirkuit eksperimen skala kecil. Menuju Komputasi Toleran Kesalahan Umpan balik real-time akan membantu prosesor kuantum masa depan mengelola kesalahan selama komputasi yang diperpanjang.

Mesin toleran kesalahan harus mengulang operasi ini berkali-kali tanpa merusak informasi yang diproses. Peneliti IBM, Maika Takata, menyatakan bahwa eksperimen ini mengoordinasikan operasi kuantum, pengukuran, dan pengaturan ulang ribuan kali dalam sistem besar. Ia menggambarkan kemampuan ini sebagai langkah penting menuju koreksi kesalahan praktis. Tim juga menguji sistem yang lebih besar yang tidak dapat disimulasikan oleh komputer konvensional. Perbandingan ini memperkuat kepercayaan pada interpretasi teoritis. Peneliti dari City College of New York, Iowa State University, Penn State University, serta institusi lain juga berkontribusi pada pekerjaan ini.

Demonstrasi ini belum membangun komputer kuantum toleran kesalahan penuh, namun menunjukkan bahwa perangkat keras saat ini dapat melakukan intervensi berulang pada sistem kuantum saat operasi berlangsung, mendorong komputasi kuantum yang skalabel menuju tujuan teknik yang sentral.

Langkah Penting Menuju Komputasi Kuantum Toleran Kesalahan

Pengembangan komputer kuantum menghadapi tantangan unik dalam pemrosesan informasi, terutama kerapuhan qubit. Penelitian ini menunjukkan bagaimana pengukuran dan pengaturan ulang berkelanjutan dapat mengelola kesalahan, meletakkan dasar untuk koreksi kesalahan kuantum. Dengan temuan penyesuaian frekuensi proses dalam eksperimen, peneliti dapat mengontrol perilaku sistem, yang krusial untuk kemampuan toleran kesalahan komputasi kuantum di masa depan. Meskipun demonstrasi ini belum mencapai toleran kesalahan penuh, namun telah menunjukkan skalabilitas komputasi kuantum, memberikan harapan baru untuk perkembangan teknologi kuantum masa depan.