Quantum Computer Error Rate Decreased by 54% Through Automatic Signal Check

Para fisikawan menemukan cara sederhana untuk mencegah komputer kuantum kehilangan penyetelan. Dengan menambahkan pemeriksaan diagnostik sebelum menjalankan perhitungan, tim penelitian internasional berhasil mengurangi tingkat kesalahan pemrosesan sebesar 54%. Teknologi ini dipublikasikan dalam Applied Physics Reviews, yang mengatasi salah satu kendala terbesar dalam rekayasa kuantum modern: kerentanan fisik ekstrem qubit. Berbeda dengan chip komputer tradisional yang berfungsi sebagai saklar biner standar untuk memproses data, prosesor kuantum bergantung pada sirkuit fisik yang dikendalikan oleh fisika kuantum. Dalam penelitian baru ini, tim menguji sirkuit superkonduktor di atas chip dan mengarahkan sistem menggunakan pulsa mikrogelombang yang sangat presisi.

Eksperimen dilakukan di Pusat Komputasi Kuantum Israel, di mana peneliti Fabrizio Berritta mengoperasikan perangkat keras dari jarak jauh dari Massachusetts Institute of Technology.

Dalam pengujian tanpa penyesuaian, tim mengamati bahwa operasi qubit menunjukkan fluktuasi kinerja yang signifikan seiring waktu. Penyebab utama dari situasi ini adalah cacat mikroskopis di dalam chip. Cacat material menyebabkan frekuensi resonansi sirkuit melompat antara dua keadaan yang berbeda. Frekuensi ini menentukan sinyal mikrogelombang yang tepat yang diperlukan untuk memprogram prosesor. Para peneliti dalam siaran pers menyatakan, "Ini bisa dianggap sebagai sebuah alat musik. Jika alat musik sedikit tidak tepat, maka tindakan yang sama tidak akan lagi menghasilkan nada yang diharapkan dengan akurat." Jika frekuensi berubah tanpa peringatan, pulsa yang masuk tidak akan mengenai target.

Meskipun sirkuit masih dapat beroperasi, perhitungan akan gagal. Eksperimen sebelumnya dapat mengidentifikasi perubahan ini, tetapi tidak dapat memperbaikinya saat melakukan perhitungan aktif.

Mekanisme Umpan Balik Waktu Nyata Metode Baru

Metode baru memperkenalkan umpan balik waktu nyata. Sebelum setiap kali perhitungan dijalankan, sistem akan secara singkat menyiapkan qubit dan melacak perilakunya. Karena setiap keadaan frekuensi memiliki penanda yang signifikan, sistem dapat segera mengidentifikasi saluran di mana qubit berada. Komputer kontrol kemudian akan menyesuaikan kembali pulsa mikrogelombang untuk mencocokkan frekuensi tersebut, sebelum menjalankan gerbang logika. Penyesuaian otomatis memberikan stabilitas yang segera. Dalam pengujian dasar, rata-rata tingkat kesalahan qubit turun dari 0.14% menjadi 0.065%. Selama gangguan puncak, tingkat kesalahan turun hingga 77%. Saat ini, metode ini masih memerlukan pemahaman sebelumnya tentang dua opsi frekuensi, dan qubit harus tetap dalam keadaan tersebut cukup lama agar sinyal mikrogelombang yang disesuaikan dapat mencapai.

Namun, peneliti utama Ferdinand Kuemmeth, seorang fisikawan eksperimen di Universitas Regensburg dan Niels Bohr Institute di Kopenhagen, mencatat bahwa teknologi ini mengatasi tantangan industri yang mendesak. "Dalam jangka panjang, seiring material kuantum menjadi semakin bersih, akan diperlukan untuk mengoperasikan jutaan qubit yang hampir sempurna secara bersamaan," jelas Profesor Kuemmeth. Ia mencatat bahwa bahkan chip paling murni di masa depan pun akan tetap mengandung cacat yang tersebar, dan laboratoriumnya telah merancang alat otomatis untuk mendeteksi perubahan frekuensi yang tidak diketahui.

Tantangan Masa Depan Komputasi Kuantum

Komputer kuantum komersial akan memerlukan banyak qubit untuk bekerja secara bersamaan tanpa kehilangan fidelitas. Para peneliti percaya bahwa dengan membangun umpan balik yang dapat memperbaiki diri secara langsung ke dalam jalur kontrol perangkat keras, prosesor kuantum di masa depan pada akhirnya dapat beroperasi secara andal dalam skala besar. Kuemmeth menyatakan, "Saya sangat percaya bahwa dalam era ekspansi komputasi kuantum yang akan datang, metode kami akan menjadi sangat berharga dan akan memiliki dampak signifikan pada kemampuan komputasi praktis komputer kuantum."

Stabilitas Komputasi Kuantum dan Perkembangan Masa Depan

Perkembangan komputasi kuantum menghadapi tantangan dari kerentanan qubit, terutama fluktuasi kinerja yang disebabkan oleh cacat mikroskopis. Teknologi baru ini meningkatkan stabilitas qubit melalui umpan balik waktu nyata, menunjukkan pentingnya otomatisasi dan penyesuaian instan dalam bidang komputasi kuantum. Seiring kemajuan material kuantum, komputer kuantum di masa depan akan perlu mengoperasikan banyak qubit secara bersamaan, yang sangat penting untuk mencapai aplikasi komersial. Upaya para peneliti tidak hanya mengatasi kendala teknis saat ini, tetapi juga meletakkan dasar untuk perkembangan jangka panjang komputasi kuantum.