Para peneliti di Institute for Quantum Computing (IQC) Universitas Waterloo telah mencapai tonggak sejarah dalam ilmu informasi kuantum: menggunakan komputer kuantum untuk mensimulasikan bagaimana materi dapat berperilaku di lingkungan ekstrem, seperti alam semesta awal setelah big bang.
Para peneliti mensimulasikan teori yang disebut kromodinamika kuantum, yang membantu menggambarkan bagaimana quark berinteraksi pada kepadatan dan suhu materi tertentu, parameter kunci untuk memodelkan sistem fisik yang besar dan padat.
“Stabilitas semua materi didasarkan pada teori ini dan menggambarkan bagaimana quark ‘berbicara’ satu sama lain,” kata Dr. Christine Muschik, staf pengajar IQC dan profesor di Departemen Fisika dan Astronomi. “Di IQC, kami mengembangkan pendekatan teoretis dan eksperimental baru sebagai alat komputasi kuantum.”
Muschik berkolaborasi dengan rekan postdoctoral IQC Drs. Abhijit Chakraborty dan Yasar Atas, bersama dengan Dr. Randy Lewis di Universitas York dan Norbert Linke di Universitas Maryland, tempat simulasi dijalankan pada komputer kuantum ion yang terperangkap.
Untuk mewujudkan simulasi ini, tim memperkenalkan dua inovasi utama. Yang pertama menambahkan proses setelah simulasi selesai, tanpa menambahkan daya komputasi, untuk memastikan hasilnya mengikuti aturan simetri dasar alam. Metode lainnya mengkodekan informasi ke dalam gerakan alami ion, yang biasanya tidak digunakan untuk pemrosesan informasi kuantum. Pendekatan baru ini membuat penggunaan sumber daya kuantum yang ada menjadi lebih efisien: dengan menggandakan ukuran register yang tersedia untuk komputasi, pendekatan ini dapat memproses algoritma yang lebih kompleks.
“Ada banyak hal tentang alam yang tidak kita ketahui,” kata Chakraborty. “Kita dapat menulis serangkaian persamaan untuk mendeskripsikan suatu sistem, namun memahami bagaimana sistem berperilaku dalam parameter yang berbeda adalah hal yang berbeda. Untuk sistem fisik yang besar dan padat seperti di alam semesta awal, kita perlu mengontrol parameter seperti suhu dan kepadatan, dan metode baru kami dapat mewujudkan keduanya.”
Komputer kuantum sering dianggap sebagai ancaman, seperti bagaimana kekuatan komputasi baru dapat memecahkan kode dan mengancam informasi perbankan terenkripsi dan data online yang sensitif. Meskipun hal ini penting, komputer kuantum juga menjanjikan masa depan penemuan ilmiah. Karya teoretis yang inovatif dan teori simulasi seperti kromodinamika kuantum kini menunjukkan betapa bergunanya komputer kuantum dalam membantu membentuk masa depan teknologi dan penemuan ilmiah mendasar.
“Jelas bahwa simulasi permasalahan tertentu dalam fisika partikel bekerja sangat baik pada superkomputer klasik, dan ini merupakan bidang yang sangat sukses,” kata Muschik.
“Tetapi bagi fisika yang mencoba memahami bagaimana banyak partikel berinteraksi satu sama lain, seperti dalam kromodinamika kuantum, komputer klasik pada dasarnya terhambat, sehingga diperlukan komputer kuantum. Jika tidak, sekumpulan besar masalah akan membuat fisika modern terjebak.”
Kertas itu, Diagram fase kromodinamika kuantum dalam satu dimensi pada komputer kuantum baru-baru ini diterbitkan di Nature Communications.
Naomi Grossman
