Metode Baru Meningkatkan Kinerja Komputer Kuantum Sambil Mengurangi Dampak Lingkungan

Tim peneliti dari National Institute of Information and Communications Technology, Keio University, Tokyo University of Science, dan The University of Tokyo, telah berhasil mengembangkan metode untuk secara sistematis menemukan urutan operasi kuantum optimal untuk komputer kuantum. Metode baru ini adalah yang pertama mencapai keberhasilan.

Penelitian ini dipublikasikan di jurnal ilmiah Physical Review A.

Mengembangkan Metode Baru

Komputer kuantum melakukan tugas dengan mengandalkan ahli yang menulis urutan operasi kuantum, yang secara tradisional telah melibatkan operator komputer menulis berdasarkan metode yang ada. Tim mengembangkan metode sistematis yang menerapkan teori kontrol optimal (algoritma GRAPE) untuk mengidentifikasi urutan optimal secara teoritis dari antara semua urutan operasi kuantum yang dapat dibayangkan.

Metode baru ini diharapkan berguna untuk komputer kuantum skala menengah. Pada saat yang sama, tim mengatakan bahwa metode ini harus membantu meningkatkan kinerja komputer kuantum sambil juga mengurangi dampak lingkungan di masa depan.

Komputer kuantum memiliki potensi untuk memecahkan berbagai masalah kompleks, seperti mengurangi beban lingkungan dengan mengurangi konsumsi energi, dan menemukan zat kimia baru untuk bidang medis.

Tantangan Komputasi Kuantum

Namun, salah satu tantangan utama komputasi kuantum adalah bahwa keadaan kuantum sangat sensitif terhadap gangguan, yang berarti sulit untuk menjaga kestabilan selama waktu yang lebih lama. Operasi harus diselesaikan dalam waktu yang keadaan kuantum kohereen dipertahankan, dan ini memerlukan metode untuk secara sistematis mengidentifikasi urutan optimal.

Urutan operasi kuantum adalah program komputer yang ditulis dalam bahasa yang dapat dibaca manusia, dan kemudian diubah untuk diproses oleh komputer kuantum. Urutan operasi kuantum melibatkan operasi 1-qubit dan 2-qubit, tetapi urutan terbaik memiliki operasi paling sedikit sambil menunjukkan kinerja terbaik.

Metode baru yang dikembangkan menganalisis semua urutan operasi kuantum dasar melalui penggunaan algoritma GRAPE, yang merupakan algoritma teori kontrol optimal numerik. Tim membuat tabel urutan operasi kuantum dan indeks kinerja untuk masing-masing, yang dapat berkisar dari ribuan hingga jutaan. Urutan operasi kuantum optimal kemudian dapat diidentifikasi secara sistematis berdasarkan data yang terkumpul.

Metode tim juga dapat menganalisis daftar lengkap semua urutan operasi kuantum dan mengevaluasi metode konvensional, yang memungkinkan untuk membantu menetapkan standar untuk penelitian masa lalu dan masa depan.

Tim juga menemukan bahwa ada banyak urutan operasi kuantum optimal yang sangat baik, yang berarti pendekatan probabilistik dapat memperluas kemampuan metode baru untuk tugas yang lebih besar. Dengan mengintegrasikan pembelajaran mesin dengan metode, kekuatan prediktif dapat ditingkatkan bahkan lebih.