Metode Baru Untuk Meningkatkan Kinerja Komputer Quantum

• Para peneliti merancang metode teoretis untuk meningkatkan kinerja komputasi kuantum.
• Metode ini dikenal sebagai Dynamical Decoupling dan berhasil pada 2 komputer kuantum skala kecil.
• Tidak memerlukan overhead encoding dan bekerja dengan mengubah gerbang kuantum menjadi pulsa decoupling.

Konsep komputasi kuantum diperkenalkan pada awal 1980-an. Idenya adalah menggunakan bit kuantum (qubit yang dapat berada dalam superposisi status) alih-alih bit biner untuk melakukan perhitungan dengan aman dan pada kecepatan yang sangat cepat.

Tiga dekade kemudian, bidang komputasi kuantum masih dalam masa pertumbuhan. Meskipun ratusan tes telah dilakukan di mana komputasi kuantum dieksekusi pada sejumlah kecil qubit.

Komputer kuantum diharapkan beberapa juta kali lebih cepat daripada superkomputer saat ini, dan mereka memiliki potensi untuk merevolusi keuangan, pertahanan, teknologi informasi, dan industri obat-obatan. Mereka memanfaatkan perilaku atom untuk melakukan tugas yang sangat kompleks dengan kecepatan yang sangat cepat.

Namun mereka memiliki beberapa keterbatasan. Mereka sangat rentan terhadap kesalahan dan membutuhkan stabilitas untuk mempertahankan operasi. Biasanya, mereka tidak berfungsi dengan baik dan menghasilkan hasil yang buruk. Para peneliti di seluruh dunia masih belum mampu mencapai mesin kuantum yang mengungguli komputer tradisional dalam tugas apa pun.

Masalah utama dengan komputer kuantum saat ini adalah 'noise' – gangguan yang disebabkan oleh getaran, suhu, dan suara. Ini menghasilkan dekoherensi, yang dapat membuat qubit tidak stabil dengan mengganggu durasi keadaan kuantum. Ini mengurangi waktu mesin kuantum dapat secara akurat melakukan tugas (tanpa kesalahan).

Mesin kuantum dengan terlalu banyak dekoherensi tidak akan berguna. Jika Anda dapat memecahkan masalah ini, Anda dapat mencapai titik di mana komputasi kuantum menjadi praktis dan lebih produktif daripada komputer konvensional.

Baru-baru ini, para peneliti di University of Southern California mengungkapkan metode teoretis untuk meningkatkan kinerja komputasi kuantum. Ini mengatasi kelemahan komputer kuantum saat ini dengan meminimalkan perhitungan yang salah sambil meningkatkan ketepatan hasil. Metode ini dikenal sebagai Dynamical Decoupling (DD) dan berhasil pada 2 komputer kuantum.

DD dikembangkan untuk menekan dekoherensi melalui penerapan pulsa yang diterapkan pada sistem, yang membatalkan interaksi antara sistem dan lingkungan ke urutan tertentu dalam teori gangguan yang bergantung pada waktu. Secara keseluruhan, ini tidak memerlukan overhead encoding dan bekerja dengan mengubah gerbang kuantum menjadi pulsa decoupling.

Referensi:Surat Tinjauan Fisik | doi:10.1103/PhysRevLett.121.220502 | USC

Urutan waktu untuk pengujian ini sangat kecil:200 pulsa direkam dalam 0,6 mikrodetik.

Menerapkan Pemisahan Dinamis Pada Mesin Quantum Saat Ini

Para peneliti menguji DD pada 2 komputer kuantum — IBM 16-qubit QX5 dan Acorn 19-qubit Rigetti — dan mereka menemukan bahwa itu lebih mudah dan lebih andal daripada metode lain. Ini cocok untuk implementasi di komputer kuantum berbasis cloud skala kecil yang ada.

Prosesor kuantum 8-qubit | Kredit gambar: Komputasi Rigetti

Metode ini dapat melindungi status dua-qubit yang terjerat sampai batas tertentu. Urutan decoupling dinamis yang berbeda dapat mengurangi kesalahan dephasing dan emisi spontan. Tidak seperti penelitian sebelumnya, mereka tidak menggunakan kode koreksi kesalahan kuantum dan dengan demikian mencapai peningkatan luar biasa dalam kesetiaan terhadap dekoherensi alami.

Fidelitas akhir untuk QX5 IBM melonjak dari 28,9% menjadi 88,4%, sedangkan untuk Rigetti's Acron, meningkat dari 59,8% menjadi 77,1%. Para peneliti juga menemukan bahwa lebih banyak plus selalu memungkinkan peningkatan fidelitas untuk bertahan lebih lama di komputer kuantum Rigetti, sedangkan untuk komputer IBM, ada batas sekitar 100 pulsa.

Baca:18 Fakta Paling Menarik Tentang Komputer Quantum 

Secara keseluruhan, penelitian menunjukkan mekanisme decoupling dinamis bekerja jauh lebih baik daripada teknik koreksi kesalahan kuantum yang ada.