Decoupling Dinamis: Terobosan untuk Meningkatkan Performa Komputer Kuantum

• Peneliti merancang metode teoretis untuk meningkatkan performa komputasi kuantum.
• Metode ini dikenal sebagai Dynamical Decoupling dan bekerja pada 2 komputer kuantum skala kecil.
• Ia tidak memerlukan overhead pengkodean dan bekerja dengan mengubah gerbang kuantum menjadi pulsa decoupling.

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

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

Komputer kuantum diharapkan beberapa juta kali lebih cepat dari superkomputer saat ini, dan mereka memiliki potensi untuk merevolusi industri keuangan, pertahanan, teknologi informasi, dan medis. Mereka menggunakan perilaku atom untuk melakukan tugas yang sangat kompleks pada kecepatan yang sangat tinggi.

Mereka memang 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. Peneliti di seluruh dunia masih belum berhasil mencapai mesin kuantum yang unggul dibandingkan 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 status kuantum. Ini mengurangi waktu mesin kuantum dapat secara akurat melakukan tugas (tanpa kesalahan).

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

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

DD dikembangkan untuk menekan dekoherensi melalui aplikasi pulsa yang diterapkan pada sistem, yang membatalkan interaksi antara sistem dan lingkungan hingga orde tertentu dalam teori perturbasi dependen waktu. Secara keseluruhan, ia tidak memerlukan overhead pengkodean dan bekerja dengan mengubah gerbang kuantum menjadi pulsa decoupling.

Referensi: Physical Review Letters | doi:10.1103/PhysRevLett.121.220502 | USC

Urutan waktu untuk tes ini sangat kecil: 200 pulsa dicatat dalam 0,6 mikrosekon.

Menerapkan Dynamic Decoupling Pada Mesin Kuantum Saat Ini

Peneliti menguji DD pada 2 komputer kuantum — QX5 16-qubit milik IBM dan Acorn 19-qubit milik Rigetti — dan mereka menemukan bahwa lebih mudah dan lebih andal dibandingkan metode lain. Ia cocok untuk diimplementasikan dalam komputer kuantum berbasis cloud skala kecil yang ada.

Prosesor kuantum 8-qubit | Kredit citra: Rigetti Computing

Metode ini dapat melindungi status kuantum terpaut dua-qubit hingga beberapa titik. Berbagai urutan dynamic decoupling dapat mengurangi kesalahan dephasing dan emisi spontan. Tidak seperti studi sebelumnya, mereka tidak menggunakan kode koreksi kesalahan kuantum dan sehingga mencapai perbaikan yang luar biasa dalam fidelitas terhadap dekoherensi alami.

Fidelitas akhir untuk QX5 milik IBM meloncat dari 28,9 persen menjadi 88,4 persen, sementara untuk Acron milik Rigetti, ia meningkat dari 59,8 persen menjadi 77,1 persen. Para peneliti juga menemukan bahwa lebih banyak pulsa selalu memungkinkan perbaikan fidelitas untuk bertahan lebih lama dalam komputer kuantum Rigetti, sedangkan untuk komputer IBM, ada batas sekitar 100 pulsa.

Baca: 18 Fakta Paling Menarik tentang Komputer Kuantum

Secara keseluruhan, studi ini menunjukkan bahwa mekanisme dynamic decoupling bekerja jauh lebih baik dari teknik koreksi kesalahan kuantum yang ada.