Komputasi kuantum semakin maju, dengan raksasa seperti Google dan IBM menyediakan layanan, namun tantangan tetap ada karena kurangnya qubit dan kerentanannya terhadap pengaruh eksternal, sehingga memerlukan keterlibatan yang rumit untuk mendapatkan hasil yang andal. Pendekatan fotonik menawarkan pengoperasian pada suhu ruangan dan kecepatan yang lebih cepat, namun menghadapi masalah kehilangan; namun, metode baru yang ditunjukkan oleh para peneliti menggunakan pulsa laser untuk menciptakan qubit logis yang mengoreksi kesalahan, menyederhanakan komputasi kuantum tetapi masih memerlukan peningkatan dalam toleransi kesalahan.
Para peneliti telah berhasil membuat qubit logis menggunakan pulsa cahaya tunggal yang memiliki kapasitas untuk memperbaiki kesalahan
Kemajuan signifikan telah dicapai komputasi kuantumdengan perusahaan internasional besar seperti Google dan IBM kini menyediakan layanan komputasi kuantum melalui cloud. Namun demikian, komputer kuantum belum mampu mengatasi masalah yang muncul ketika komputer konvensional mencapai batas kinerjanya. Keterbatasan ini terutama adalah ketersediaan qubit atau bit kuantum, yaitu unit dasar informasi kuantum, yang masih belum mencukupi.
Salah satu alasannya adalah qubit kosong tidak dapat langsung digunakan untuk menjalankan algoritma kuantum. Meskipun bit biner pada komputer biasa menyimpan informasi dalam bentuk nilai tetap 0 atau 1, qubit dapat mewakili 0 dan 1 pada saat yang bersamaan, sehingga memanfaatkan probabilitas mengenai nilainya. Ini dikenal sebagai superposisi kuantum.
Hal ini membuat mereka sangat rentan terhadap pengaruh eksternal, yang berarti informasi yang mereka simpan dapat dengan mudah hilang. Untuk memastikan bahwa komputer kuantum memberikan hasil yang dapat diandalkan, perlu untuk menghasilkan keterikatan asli untuk menggabungkan beberapa qubit fisik untuk membentuk qubit logis. Jika salah satu qubit fisik ini gagal, qubit lainnya akan menyimpan informasinya. Namun, salah satu kesulitan utama yang menghalangi pengembangan komputer kuantum fungsional adalah banyaknya jumlah qubit fisik yang dibutuhkan.
Keuntungan dari pendekatan berbasis foton
Banyak konsep berbeda yang digunakan untuk membuat komputasi kuantum dapat dijalankan. Perusahaan-perusahaan besar saat ini mengandalkan sistem solid-state superkonduktor, misalnya, namun kelemahannya adalah mereka hanya berfungsi pada suhu mendekati nol mutlak. Konsep fotonik, sebaliknya, bekerja pada suhu kamar.
Penciptaan “keadaan kucing Schrödinger” fotonik – dengan kata lain superposisi kuantum keadaan amplitudo pulsa laser yang dapat dibedakan pada skala makroskopis (kucing putih atau hitam) – hanya dapat dicapai dengan menggunakan teknik optik kuantum paling canggih dan telah terbukti mungkin. Dalam eksperimen yang menjadi subjek makalah penelitian ini, terbukti layak untuk memperluas hal ini ke tiga kondisi (kucing putih, abu-abu, dan hitam). Keadaan terang ini mendekati keadaan kuantum logis di mana kesalahan, pada prinsipnya, dapat diperbaiki secara universal. Kredit: Peter van Loock
Foton tunggal biasanya berfungsi sebagai qubit fisik di sini. Foton-foton ini, yang dalam arti tertentu merupakan partikel cahaya yang sangat kecil, secara inheren beroperasi lebih cepat daripada qubit benda padat namun, pada saat yang sama, lebih mudah hilang. Untuk menghindari kerugian qubit dan kesalahan lainnya, perlu dipasangkan beberapafoto cahaya berdenyut bersama untuk membangun qubit logis – seperti dalam kasus pendekatan berbasis superkonduktor.
Qubit dengan kapasitas bawaan untuk koreksi kesalahan
Para peneliti dari Universitas Tokyo bersama rekan-rekannya dari Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) di Jerman dan Palacký University Olomouc di Republik Ceko baru-baru ini mendemonstrasikan cara baru untuk membangun komputer kuantum fotonik. Daripada menggunakan satu foton, tim menggunakan pulsa cahaya yang dihasilkan laser yang dapat terdiri dari beberapa foton.
“Pulsa laser kami diubah menjadi keadaan optik kuantum yang memberi kami kapasitas bawaan untuk memperbaiki kesalahan,” kata Profesor Peter van Loock dari Universitas Mainz. “Meskipun sistem ini hanya terdiri dari pulsa laser dan karenanya sangat kecil, sistem ini – pada prinsipnya – dapat menghilangkan kesalahan dengan segera.”
Oleh karena itu, tidak perlu menghasilkan foton individual sebagai qubit melalui banyak pulsa cahaya dan kemudian berinteraksi sebagai qubit logis. “Kami hanya memerlukan satu pulsa cahaya untuk mendapatkan qubit logis yang kuat,” tambah van Loock.
Dengan kata lain, qubit fisik sudah setara dengan qubit logis dalam sistem ini – sebuah konsep yang luar biasa dan unik. Namun, qubit logis yang diproduksi secara eksperimental di Universitas Tokyo belum memiliki kualitas yang memadai untuk memberikan tingkat toleransi kesalahan yang diperlukan. Meskipun demikian, para peneliti telah dengan jelas menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk mengubah qubit yang tidak dapat diperbaiki secara universal menjadi qubit yang dapat diperbaiki menggunakan metode optik kuantum paling inovatif.
Referensi: “Keadaan logis untuk komputasi kuantum toleran kesalahan dengan propagasi cahaya” oleh Shunya Konno, Warit Asavanant, Fumiya Hanamura, Hironari Nagayoshi, Kosuke Fukui, Atsushi Sakaguchi, Ryuhoh Ide, Fumihiro China, Masahiro Yabuno, Shigehito Miki, Hirotaka Terai, Kan Takase, Mamoru Endo, Petr Marek, Radim Filip, Peter van Loock dan Akira Furusawa, 18 Januari 2024, Sains.
DOI: 10.1126/science.adk7560
