Komputasi Kuantum Satu Langkah Lebih Dekat ke Aplikasi Dunia Nyata

Sementara pasar komputasi kuantum diperkirakan akan mencapai $65 miliar pada tahun 2030, masih ada banyak hambatan sebelum itu dapat diimplementasikan di dunia nyata. Dengan demikian, komputasi kuantum memiliki potensi untuk memecahkan banyak masalah kompleks yang kita hadapi. Tim peneliti di universitas dan lembaga swasta di seluruh dunia bekerja keras untuk membuat ini menjadi kenyataan.

Salah satu tim ini dipimpin oleh Xu Yi, asisten profesor teknik elektro dan komputer di University of Virginia School of Engineering and Applied Science.

Timnya telah menciptakan sebuah niche di bidang fisika dan aplikasi perangkat fotonic, yang digunakan untuk mendeteksi dan membentuk cahaya untuk aplikasi seperti komunikasi dan komputasi. Tim telah mengembangkan sebuah platform komputasi kuantum yang skalabel yang secara drastis mengurangi jumlah perangkat yang diperlukan untuk mencapai kecepatan kuantum, dan ini dapat dilakukan pada sebuah chip fotonic seukuran koin.

Tim juga termasuk Olivier Pfister, profesor optika kuantum dan informasi kuantum di UVA, dan Hansuek Lee, asisten profesor di Korean Advanced Institute of Science and Technology.

Penelitian ini dipublikasikan di Nature Communications.

Penelitian ini juga didukung oleh Zijiao Yang, mahasiswa doktoral di bidang fisika, dan Mandana Jahanbozorgi, mahasiswa doktoral di bidang teknik elektro dan komputer. Keduanya adalah penulis pertama paper ini.

Komputasi Kuantum dan Pengolahan Informasi

Komputasi kuantum membuka cara baru untuk mengolah informasi, dan memungkinkan komputer desktop atau laptop Anda untuk mengolah informasi dalam string panjang bit. Sebuah bit memiliki nilai 0 atau 1, dan komputer kuantum mengolah informasi secara paralel, artinya tidak perlu menunggu satu urutan informasi selesai sebelum melanjutkan ke informasi lain. Sebuah qubit adalah blok bangunan dasar komputasi kuantum, dan merupakan satuan informasi yang dapat memiliki nilai 0 dan 1 secara bersamaan. Sebuah mode kuantum, di sisi lain, mencakup spektrum variabel penuh antara 0 dan 1.

Peneliti saat ini bekerja pada berbagai pendekatan untuk menghasilkan jumlah besar qumode yang diperlukan untuk mencapai kecepatan kuantum.

Pendekatan baru berbasis fotonic yang dikembangkan oleh Yi sangat berguna karena medan cahaya juga memiliki spektrum penuh. Ini berarti setiap gelombang cahaya dalam spektrum memiliki potensi untuk menjadi satuan kuantum. Yi menghipotesiskan bahwa cahaya akan mencapai keadaan kuantum jika medan cahaya terkait.

Membuat Sistem

Tim Yi menciptakan sebuah sumber kuantum dalam mikroresonator optik, yang merupakan struktur berbentuk cincin dengan ukuran milimeter yang mengelilingi foton sebelum menghasilkan mikroskop, perangkat yang mengubah foton dari satu panjang gelombang ke banyak panjang gelombang. Cahaya beredar di sekitar cincin dan membangun daya optik, yang kemudian meningkatkan kemungkinan interaksi foton. Ini kemudian menghasilkan keterkaitan kuantum antara medan cahaya dalam mikroresonator.

Tim Yi menggunakan multiplexing untuk memverifikasi generasi 40 qumode dari satu mikroresonator pada chip, dan mereka menunjukkan bahwa multiplexing mode kuantum dapat bekerja pada platform fotonic terintegrasi.

“Kami memperkirakan bahwa ketika kami mengoptimalkan sistem, kami dapat menghasilkan ribuan qumode dari satu perangkat,” kata Yi.

Melalui teknik multiplexing Yi, kami semakin dekat dengan menggunakan komputasi kuantum dalam kondisi dunia nyata, di mana terdapat kesalahan yang tidak dapat dihindari. Kesalahan ini disebabkan oleh keadaan kuantum dan sifat rapuhnya.

Jumlah kesalahan dapat memerlukan lebih dari satu juta qubit untuk mengkompensasinya, dan ada peningkatan proporsional dalam jumlah perangkat. Multiplexing mengurangi jumlah perangkat ini sebesar dua atau tiga pesanan besarnya.

Terdapat dua kelebihan lagi dari sistem berbasis fotonic Yi. Pertama, karena foton tidak memiliki massa, komputer kuantum dengan chip fotonic terintegrasi dapat berjalan atau tidur pada suhu kamar. Lee juga memfabrikasi mikroresonator pada chip silikon menggunakan teknik litografi standar. Ini berarti resonator atau sumber kuantum dapat d

“Kami bangga untuk mendorong batas-batas teknik dalam komputasi kuantum dan mempercepat transisi dari optik bulk ke fotonic terintegrasi,” kata Yi. “Kami akan terus menjelajahi cara untuk mengintegrasikan perangkat dan sirkuit dalam platform komputasi kuantum berbasis fotonic dan mengoptimalkan kinerjanya.”