Ringkasan Orang Dalam
- Para peneliti yang didanai oleh Quantum Systems Accelerator (QSA) menggunakan atom netral untuk mengembangkan platform komputasi kuantum yang dapat diskalakan, menandai tonggak sejarah stabilitas perangkat keras, kontrol, dan operasi kuantum.
- Kemajuan dalam susunan atom netral yang dapat dikonfigurasi ulang, termasuk penjepit optik dan teknik koreksi kesalahan, membantu membangun sistem kuantum yang lebih akurat dan andal, penting untuk simulasi dan perhitungan yang kompleks.
- Upaya kolaboratif QSA dengan lembaga-lembaga terkemuka, didukung oleh pendanaan dari lembaga-lembaga seperti DARPA dan NSF, mendorong batasan ilmu informasi kuantum, membuat langkah maju menuju aplikasi dunia nyata dalam komputasi kuantum.
SIARAN PERS — Sebelum komputer kuantum dapat memecahkan masalah yang kompleks, para peneliti harus mengembangkan teknologi yang mengelola sejumlah besar qubit (komponen dasar komputer kuantum) untuk jangka waktu yang lama. Atom netral memainkan peran penting dalam upaya ini dan menjanjikan untuk komputasi kuantum karena mereka menawarkan platform yang stabil, terkendali, dan terukur untuk membangun qubit dan mengimplementasikan operasi kuantum. Sekilas, atom netral—partikel tanpa muatan listrik bersih, yang menyeimbangkan jumlah proton dan elektron yang sama—mungkin tampak sebagai pilihan yang mudah untuk prosesor kuantum. Namun, seperti jenis qubit lainnya, mereka rentan terhadap gangguan lingkungan dan ketidaksempurnaan kontrol yang dapat menyebabkan kesalahan dalam komputer kuantum.
Tim penelitian kolaboratif yang didanai oleh Akselerator Sistem Kuantum (QSA) telah membuat langkah signifikan dalam mengembangkan komputasi kuantum perangkat keras dan teknik berdasarkan atom netral, menggerakkan masa depan teknologi skalabel komputasi kuantum lebih dekat dengan kenyataan. QSA, yang dipimpin oleh Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) dan didanai oleh Departemen Energi AS, adalah Pusat Penelitian Sains Informasi Kuantum Nasional yang mempertemukan lebih dari 250 pakar dari 14 lembaga. Ilmuwan yang berafiliasi dengan QSA telah mengembangkan metode inovatif untuk menciptakan platform yang stabil, terkendali, dan terukur untuk membangun perangkat keras dan menerapkan operasi kuantum.
Atom netral yang terperangkap dalam sinar laser terfokus tidak mudah terpengaruh oleh gangguan dari lingkungan, sehingga memproses informasi kuantum dengan lebih efektif. Dengan menyusun atom netral dalam susunan, para peneliti dapat menciptakan sistem kuantum yang lebih besar dengan puluhan atau ratusan qubit, yang sangat penting untuk melakukan simulasi kuantum yang kompleks dan mengembangkan komputer kuantum berskala besar. Kemajuan signifikan telah dicapai dalam hal ini melalui penelitian yang didanai QSA.
Pengembangan susunan atom netral pertama yang dapat dikonfigurasi ulang yang didanai oleh QSA menandai tonggak penting dalam komputasi kuantumPara peneliti dari Harvard, MIT, dan lembaga-lembaga lain menunjukkan penggunaan “penjepit optik” yang menggunakan sinar laser terfokus untuk menjebak dan memposisikan atom-atom netral ke dalam konfigurasi tertentu. Inovasi ini, yang dirinci dalam kertas dipublikasikan di Alam pada tahun 2021Bahasa Indonesia: memungkinkan pembuatan array yang dapat dikonfigurasi ulang, yang penting untuk desain fleksibel dan pengoptimalan qubit dalam komputer kuantum. Kemampuan untuk mengontrol penempatan atom secara tepat meningkatkan keandalan dan efisiensi operasi kuantum, membuka jalan bagi komputer kuantum yang lebih kuat dan dapat diskalakan. Simulator kuantum mereka telah memungkinkan penemuan fase kuantum baru materi dan difasilitasi secara rinci studi transisi fase kuantum.
Susunan atom netral yang dapat dikonfigurasi ulang kembali menjadi teknologi kunci dalam QSA penting lainnya belajar dipublikasikan di Alam pada tahun 2023, di mana para peneliti menciptakan gerbang logika yang akurat, mencapai operasi dua-qubit dengan kesetiaan 99,5%. Kesetiaan, ukuran seberapa akurat operasi kuantum dilakukan, sangat penting untuk membangun dan meningkatkan skala komputer kuantum yang andal.
“Berdasarkan penelitian ini, susunan atom netral muncul sebagai platform terdepan untuk simulasi kuantum terprogram dan pemrosesan informasi kuantum,” kata Mikhail Lukin, salah satu direktur Harvard Quantum Initiative dan penulis senior penelitian tersebut. “Dengan dukungan QSA, kami mendefinisikan ulang batas ilmu informasi kuantum.”
Menerapkan pelajaran yang dipelajari dari dua studi QSA yang didanai sebelumnya, kelompok penelitian QSA Harvard dan MIT, bekerja sama dengan QuEra Computing, baru-baru ini menerbitkan hasil eksperimen baru dalam Alam menunjukkan bagaimana susunan atom yang dapat dikonfigurasi ulang dapat menghasilkan peningkatan mendasar dalam teknik koreksi kesalahan, yang penting untuk keandalan komputasi kuantumDengan menangani kesalahan secara lebih efektif, prosesor kuantum dapat melakukan perhitungan yang lebih rumit dengan akurasi yang lebih tinggi. Didanai oleh Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), Intelligence Advanced Research Projects Agency (IARPA), dan National Science Foundation, studi terbaru ini mengeksplorasi pendekatan ilmiah inovatif untuk meningkatkan ketahanan sistem kuantum, mendorong batasan bidang tersebut.
Di lain tempat belajarsebagian didanai oleh QSA dan dilakukan oleh tim interdisipliner dari University of Chicago, Harvard, Caltech, dan University of Arizona, para peneliti mengembangkan cetak biru eksperimental dan teoritis untuk jenis kode mitigasi kesalahan khusus yang dikenal sebagai quantum low-density parity-check (qLDPC) yang berguna untuk menskalakan algoritma kuantum. Dalam penelitian tersebut, kode qLDPC ini secara efisien mengelola kesalahan dengan memanfaatkan atom netral sebagai teknologi inti, sebuah tugas yang biasanya memerlukan ribuan qubit logis. Dengan mensimulasikan penataan ulang atom, para peneliti dapat mengurangi overhead, yang memungkinkan sistem mempertahankan kinerja tinggi tanpa memerlukan sumber daya yang berlebihan.
“Eksplorasi ilmiah mendasar yang didukung oleh QSA menjadi inti dari kemajuan ini,” kata Lukin. “Dengan bekerja melalui QSA, kami dapat berkolaborasi dan mengakses sumber daya lintas lembaga dan berbagai keahlian yang kami butuhkan untuk membawa seluruh bidang ilmu informasi kuantum ke tingkat berikutnya.”
QSA adalah salah satu program Departemen Energi lima Pusat Penelitian Ilmu Informasi Kuantum Nasional, yang berfokus pada ketiga teknologi utama untuk komputasi kuantum: sirkuit superkonduktor, sistem ion terperangkap, dan atom netral. Selain merancang dan merekayasa perangkat keras kuantum baru, anggota tim QSA tengah mengembangkan sistem kontrol perangkat lunak untuk mengoperasikan perangkat dan algoritme ini untuk aplikasi fisika, kimia, material, dan biologi yang penting. Dengan berkolaborasi dalam semua aspek teknologi kuantum, Pusat ini membantu mengubah bidang ini dari teori menjadi perangkat di dunia nyata.