Desain baru untuk komputer kuantum

Artikel ini telah ditinjau sesuai dengan proses dan kebijakan editorial Science X. Para editor telah menekankan atribut berikut sambil memastikan kredibilitas konten:

fakta diverifikasi

publikasi yang ditinjau oleh rekan sejawat

sumber terpercaya

membenarkan

OKE! Ilustrasi simulator kuantum dengan atom terperangkap dalam kisi persegi dengan laser. Bola kecil di sudut adalah atom dengan tingkat energi paling rendah. Mereka yang berada di dalam bola biru ditinggalkan (energinya lebih tinggi) oleh laser pertama, mereka yang berada di dalam bola kuning dieksitasi oleh laser kedua (energinya bahkan lebih tinggi). Kredit: TU Delft

× tutup

Ilustrasi simulator kuantum dengan atom terperangkap dalam kisi persegi dengan laser. Bola kecil di sudut adalah atom dengan tingkat energi paling rendah. Mereka yang berada di dalam bola biru ditinggalkan (energinya lebih tinggi) oleh laser pertama, mereka yang berada di dalam bola kuning dieksitasi oleh laser kedua (energinya bahkan lebih tinggi). Kredit: TU Delft

Membangun komputer kuantum yang cukup kuat untuk mengatasi masalah yang tidak dapat kita selesaikan dengan komputer saat ini masih menjadi tantangan besar bagi fisikawan kuantum. Simulator kuantum yang berfungsi dengan baik—sejenis komputer kuantum tertentu—dapat menghasilkan penemuan baru tentang cara dunia bekerja pada skala terkecil.

Ilmuwan kuantum Natalia Chepiga dari Universitas Teknologi Delft telah mengembangkan panduan tentang cara meningkatkan mesin ini sehingga dapat mensimulasikan sistem kuantum yang lebih kompleks. Studi ini sekarang dipublikasikan di Physical Review Letters.

“Membuat komputer kuantum dan simulator kuantum yang berguna adalah salah satu topik paling penting dan diperdebatkan dalam ilmu kuantum saat ini, yang berpotensi merevolusi masyarakat,” kata peneliti Natalia Chepiga. Simulator kuantum adalah sejenis komputer kuantum. Chepiga menjelaskan: “Simulator kuantum dimaksudkan untuk memecahkan masalah terbuka dalam fisika kuantum guna meningkatkan pemahaman kita tentang alam. Komputer kuantum akan memiliki aplikasi luas di berbagai bidang kehidupan sosial, seperti keuangan, enkripsi, dan penyimpanan data.”

Setir mobil

“Komponen kunci dari simulator kuantum yang berguna adalah kemampuan untuk mengontrol atau memanipulasinya,” kata Chepiga. “Bayangkan mobil tanpa setir. Hanya bisa maju, tapi tidak bisa berbelok. Apakah berguna? Hanya jika perlu melaju ke satu arah tertentu; kalau tidak, jawabannya ‘tidak!’. Kalau kita ingin berkreasi sebuah komputer kuantum yang akan mampu menemukan fenomena fisik baru, kita perlu membangun ‘roda kemudi’ untuk menyesuaikan dengan apa yang tampak menarik. Dalam pekerjaan saya, saya mengusulkan sebuah protokol yang akan menciptakan simulator kuantum yang sepenuhnya dapat dikontrol.”

Protokol adalah sebuah resep — seperangkat bahan yang harus dimiliki oleh simulator kuantum agar dapat disesuaikan. Dalam pengaturan simulator kuantum konvensional, atom rubidium (Rb) atau cesium (Cs) ditargetkan oleh satu laser. Akibatnya, partikel-partikel ini memperoleh elektron dan menjadi lebih energik; mereka bersemangat.

“Saya menunjukkan bahwa jika kita menggunakan dua laser dengan frekuensi atau warna berbeda, sehingga menarik atom-atom ini ke keadaan berbeda, kita dapat menyetel simulator kuantum ke banyak pengaturan berbeda,” jelas Chepiga.

Protokol ini menawarkan dimensi lain dari apa yang dapat disimulasikan. “Bayangkan Anda hanya melihat kubus sebagai sketsa di atas kertas datar, namun kini Anda mendapatkan kubus 3D nyata yang dapat Anda sentuh, putar, dan jelajahi dengan berbagai cara,” lanjut Chepiga. “Secara teoritis, kita dapat menambahkan lebih banyak dimensi dengan menghadirkan lebih banyak laser.”

Simulasi multi-partikel

“Perilaku kolektif sistem kuantum dengan banyak partikel sangat sulit untuk disimulasikan,” jelas Chepiga. “Lebih dari beberapa lusin partikel, pemodelan dengan komputer biasa atau superkomputer harus bergantung pada perkiraan.” Saat mempertimbangkan interaksi multi-partikel, suhu, dan gerakan, terlalu banyak perhitungan yang harus dilakukan oleh komputer.

Simulator kuantum terdiri dari partikel kuantum, yang berarti komponen-komponennya saling terkait. “Keterikatan adalah semacam informasi timbal balik yang dibagikan oleh partikel-partikel kuantum satu sama lain. Ini adalah properti intrinsik dari simulator, dan oleh karena itu memungkinkan mengatasi hambatan komputasi ini.”

Informasi lebih lanjut:
Natalia Chepiga, Kekritisan kuantum merdu di bidang Rydberg multikomponen, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.076505. Di arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2308.12838

Informasi dari buku harian:
Surat Tinjauan Fisik, arXiv