Tim Peneliti China Berhasil Mewujudkan 13 Qubit Benar-benar Terentang, Tanpa Menghancurkan Foton

Komputer kuantum diharapkan dapat memecahkan masalah yang saat ini tidak dapat ditangani komputer konvensional, namun membuat cukup banyak qubit bekerja sama tetap menjadi tantangan besar. Baru-baru ini, tim peneliti China dalam sebuah studi baru mendemonstrasikan cara menggabungkan foton mikrogelombang terentang skala kecil menjadi jaringan kuantum yang lebih besar dan terprogram, tanpa menghancurkan foton dalam proses koneksi. Mereka berhasil mendemonstrasikan entanglement sejati di antara 13 qubit foton, membuka jalan bagi komputasi dan komunikasi kuantum yang lebih scalable. Tantangannya terletak pada cara membangun koneksi ini secara andal. Qubit dapat dihubungkan melalui entanglement, sebuah fenomena kuantum di mana keadaan bersama mereka tidak dapat dijelaskan secara independen.

Ilmuwan dapat mengatur koneksi-koneksi ini ke dalam struktur yang disebut status grafik, yang berfungsi sebagai sumber daya untuk komputasi dan komunikasi kuantum. Peneliti kuantum Universitas Tsinghua, Zhang Hongyi, menyatakan: "Status grafik foton skala besar adalah sumber daya penting untuk komunikasi kuantum, jaringan kuantum, dan komputasi kuantum berbasis pengukuran."

Salah satu cara menghubungkan status terentang skala kecil adalah melalui proses fusi, menggabungkannya menjadi status yang lebih besar. Namun, metode fusi yang digunakan dalam sistem optik linier konvensional biasanya bersifat probabilistik, artinya beberapa percobaan akan gagal. Percobaan berulang dan perangkat keras tambahan membuat pembentukan status yang lebih besar semakin sulit. Tim peneliti memperkenalkan strategi yang memanfaatkan rangkaian superkonduktor untuk menggabungkan foton mikrogelombang terentang skala kecil. Metode ini tidak menciptakan satu status terentang raksasa dalam satu proses, melainkan membangun jaringan yang lebih besar dengan menghubungkan status persiapan yang lebih kecil. Kunci dari pendekatan ini terletak pada teknik yang disebut pengukuran non-destructif kuantum.

Teknik Pengukuran Non-Destructif Kuantum

Berbeda dengan pengukuran yang menyerap atau menghancurkan foton, metode ini dapat mengekstrak informasi sambil mempertahankan foton. Dalam eksperimen ini, pengukuran juga mengubah keadaan kuantum bersama pasangan, memungkinkan peneliti menghubungkan status grafik yang lebih kecil. Zhang Hongyi menyatakan: "Kami mengeksplorasi apakah fusi deterministik dapat direalisasikan dengan menggunakan pengukuran non-destructif kuantum. Tujuan kami adalah mendemonstrasikan operasi fusi yang deterministik, terprogram, dan membuktikan bahwa hal tersebut menyediakan jalur praktis untuk merakit status grafik foton yang lebih besar dan dapat direkonfigurasi."

Peneliti pertama kali menghasilkan kelompok foton mikrogelombang terentang skala kecil menggunakan rangkaian superkonduktor. Mereka mengenkripsi informasi kuantum dalam slot waktu foton yang berbeda, memungkinkan informasi ditransmisikan dalam waktu kedatangan yang berbeda. Kemudian, mereka menggunakan detektor non-destructif kuantum untuk mengukur pasangan foton terpilih dan memproyeksikannya ke keadaan terentang spesifik yang disebut status Bell. Hal ini memungkinkan status grafik yang lebih kecil terhubung tanpa menghancurkan foton. Selanjutnya, dengan menyesuaikan frekuensi foton (juga disebut penyetelan frekuensi), peneliti dapat memilih pasangan mana yang diukur, mengontrol bagaimana status grafik yang lebih kecil terhubung membentuk status grafik yang lebih besar.

Ini membuat proses fusi menjadi terprogram. Tim juga menggabungkan reset aktif dan penggunaan ulang qubit superkonduktor, serta mitigasi kesalahan bawaan, membantu membatasi pengaruh degradasi sifat kuantum akibat interaksi dengan lingkungan. Melalui pendekatan ini, peneliti mendemonstrasikan entanglement multipartite sejati di antara 13 qubit foton. Artinya, entanglement meluas ke seluruh kelompok, tidak terbatas pada subkelompok terisolasi. Pencapaian ini menunjukkan bahwa proses fusi dapat menghasilkan status grafik foton yang lebih besar dan dapat direkonfigurasi. Zhang Hongyi menyatakan: "Kontribusi utama kami adalah operasi fusi yang deterministik, terprogram, dan non-destructif."

Aplikasi Status Grafik Foton Skala Besar

Status grafik foton skala besar dapat mendukung komputasi kuantum berbasis pengukuran, di mana komputasi dilakukan melalui pengukuran yang dipilih dengan cermat pada status terentang. Status tersebut juga dapat memajukan jaringan kuantum dan skema koreksi kesalahan kuantum yang bertujuan melindungi informasi kuantum dari kesalahan. Zhang Hongyi menjelaskan: "Pekerjaan ini menyediakan arsitektur untuk menskalakan status grafik foton dengan menghubungkan status sumber daya on-demand yang lebih kecil. Hal ini relevan dengan komputasi kuantum berbasis pengukuran masa depan, jaringan kuantum, serta potensial skema koreksi kesalahan kuantum, karena ukuran dan konektivitas status grafik keduanya krusial."

Namun, demonstrasi entanglement di antara 13 qubit tidak setara dengan membangun komputer kuantum skala besar yang praktis. Sistem tersebut masih memerlukan peningkatan dalam hal akurasi perangkat, efisiensi pembangkitan foton, dan performa detektor. Oleh karena itu, peneliti saat ini berencana mengembangkan arsitektur multi-detektor untuk mengeksekusi lebih banyak operasi fusi dan menghasilkan status grafik yang lebih besar dan lebih kompleks. Apakah pendekatan ini dapat diskalakan secara efisien sambil mempertahankan performa yang dibutuhkan masih perlu diamati. Penelitian ini telah diterbitkan di jurnal Nature Physics.

Penembusan Kunci Menuju Komputasi Kuantum Scalable

Keberhasilan tim peneliti China menunjukkan kemajuan penting di bidang komputasi kuantum, khususnya dalam teknologi entanglement di antara qubit. Melalui pengukuran non-destructif kuantum, peneliti mampu mengekstrak dan memproses informasi tanpa merusak foton, hal yang krusial bagi sistem komputasi dan komunikasi kuantum masa depan. Pembentukan status grafik foton skala besar tidak hanya dapat meningkatkan efisiensi komputasi kuantum, tetapi juga memperkuat stabilitas dan keandalan jaringan kuantum. Seiring dengan perkembangan teknologi lebih lanjut, penelitian ini kemungkinan akan membuka jalan bagi terwujudnya komputer kuantum skala lebih besar, serta menyelesaikan tantangan yang dihadapi teknologi saat ini.