Para ilmuwan mencapai tingkat kesalahan komputer kuantum sebesar 0,000015% – pencapaian rekor dunia yang dapat menyebabkan mesin yang lebih kecil dan lebih cepat
Para ilmuwan telah mencapai tingkat kesalahan komputasi kuantum terendah yang pernah dicatat-langkah penting dalam memecahkan tantangan mendasar dalam perjalanan menuju skala praktis dan utilitas Komputer kuantum.
Dalam penelitian yang diterbitkan 12 Juni di jurnal Surat Ulasan Fisik APSpara ilmuwan menunjukkan tingkat kesalahan kuantum 0,000015%, yang setara dengan satu kesalahan per 6,7 juta operasi.
Prestasi ini merupakan peningkatan hampir urutan besarnya dalam kesetiaan dan kecepatan dari catatan sebelumnya dari sekitar satu kesalahan untuk setiap 1 juta operasi – dicapai oleh tim yang sama pada 2014.
Prevalensi kesalahan, atau “kebisingan,” dalam operasi kuantum dapat membuat output komputer kuantum tidak berguna.
Kebisingan ini berasal dari berbagai sumber, termasuk ketidaksempurnaan dalam metode kontrol (pada dasarnya, masalah dengan arsitektur dan algoritma komputer) dan hukum fisika. Itulah mengapa upaya yang cukup besar telah terjadi Koreksi kesalahan kuantum.
Sementara kesalahan yang terkait dengan hukum alam, seperti dekoherensi (peluruhan alami dari keadaan kuantum) dan kebocoran (keadaan qubit bocor dari subruang komputasi), dapat dikurangi hanya dalam hukum tersebut, kemajuan tim dicapai dengan mengurangi kebisingan yang dihasilkan oleh arsitektur komputer dan metode kontrol hampir nol.
“Dengan secara drastis mengurangi kemungkinan kesalahan, pekerjaan ini secara signifikan mengurangi infrastruktur yang diperlukan untuk koreksi kesalahan, membuka jalan bagi komputer kuantum di masa depan menjadi lebih kecil, lebih cepat, dan lebih efisien,” Molly Smithseorang mahasiswa pascasarjana di bidang fisika di University of Oxford dan co-lead penulis penelitian, mengatakan dalam a penyataan. “Kontrol qubit yang tepat juga akan berguna untuk teknologi kuantum lainnya seperti jam dan sensor kuantum.”
Tingkat kesalahan komputasi kuantum rendah rekor-rendah
Komputer kuantum yang digunakan dalam percobaan tim mengandalkan platform yang dipesan lebih dahulu yang menghindari arsitektur yang lebih umum penggunaan foton sebagai qubit – Kuantum yang setara dengan bit komputer – untuk qubit yang terbuat dari “ion yang terperangkap.”
Studi ini juga dilakukan pada suhu kamar, yang menurut para peneliti menyederhanakan pengaturan yang diperlukan untuk mengintegrasikan teknologi ini ke dalam komputer kuantum yang berfungsi.
Sedangkan sebagian besar sistem kuantum menggunakan sirkuit superkonduktor yang mengandalkan “titik kuantum” atau menggunakan penggunaan laser-sering disebut “pinset optik”-untuk menahan satu foton di tempat untuk operasi sebagai qubit, tim menggunakan gelombang mikro untuk menjebak serangkaian ion kalsium-43 di tempat.
Dengan pendekatan ini, ion ditempatkan ke dalam keadaan “jam atom” hyperfine. Menurut penelitian, teknik ini memungkinkan para peneliti untuk membuat lebih banyak “gerbang kuantum,” yang analog dengan jumlah “operasi kuantum” yang dapat dilakukan komputer, dengan presisi yang lebih besar daripada metode berbasis foton yang diizinkan.
Setelah ion ditempatkan ke dalam keadaan jam atom hyperfine, para peneliti mengkalibrasi ion melalui prosedur kontrol otomatis yang secara teratur mengoreksi mereka untuk amplitudo dan penyimpangan frekuensi yang disebabkan oleh metode kontrol gelombang mikro.
Dengan kata lain, para peneliti mengembangkan algoritma untuk mendeteksi dan memperbaiki kebisingan yang dihasilkan oleh gelombang mikro yang digunakan untuk menjebak ion. Dengan menghapus kebisingan ini, tim kemudian dapat melakukan operasi kuantum dengan sistem mereka di atau di dekat tingkat kesalahan terendah secara fisik memungkinkan.
Dengan menggunakan metode ini, sekarang dimungkinkan untuk mengembangkan komputer kuantum yang mampu melakukan operasi gerbang tunggal (yang dilakukan dengan gerbang qubit tunggal yang bertentangan dengan gerbang yang membutuhkan beberapa qubit) dengan hampir nol kesalahan pada skala besar.
Hal ini dapat menyebabkan komputer kuantum yang lebih efisien secara umum dan, sesuai penelitian, mencapai kesalahan gerbang satu-qubit yang canggih dan kerusakan semua sumber kesalahan yang diketahui, sehingga memperhitungkan sebagian besar kesalahan yang dihasilkan dalam Operasi Gerbang Tunggal.
Ini berarti para insinyur yang membangun komputer kuantum dengan arsitektur ion yang terperangkap dan pengembang yang membuat algoritma yang berjalan pada mereka tidak harus mendedikasikan sebanyak mungkin qubit untuk tujuan satu-satunya koreksi kesalahan.
Dengan mengurangi kesalahan, metode baru mengurangi jumlah qubit yang diperlukan dan biaya dan ukuran komputer kuantum itu sendiri, kata para peneliti dalam pernyataannya.
Ini bukan obat mujarab untuk industri, namun, sebanyak yang dibutuhkan algoritma kuantum qubit multigate Berfungsi di samping atau dibentuk dari qubit gerbang tunggal untuk melakukan perhitungan di luar fungsi dasar. Tingkat kesalahan dalam fungsi gerbang dua ubit masih kira-kira 1 dalam 2.000.
Sementara penelitian ini merupakan langkah penting menuju komputasi kuantum skala utilitas, ia tidak membahas semua masalah “kebisingan” yang melekat dalam sistem qubit multigate yang kompleks.
