Komputer Kuantum Mencapai Pembalikan Waktu, Menantang Termodinamika
Fisikawan berhasil menciptakan keadaan kuantum yang bergerak ke arah berlawanan dengan panah waktu termodinamika.
Mereka telah menunjukkan keadaan ini dalam komputer kuantum 2- dan 3-qubit.
Keadaan ini dapat digunakan untuk membuat komputer kuantum lebih presisi sambil mengurangi kesalahan dan kebisingan.
Bagaimana ketidakbalikan muncul dari hukum fisika yang tampak simetrik waktu? Ilmuwan telah mencoba menemukan jawabannya selama bertahun-tahun.
Dalam kerangka mekanika statistik klasik, masalah ini terkait dengan hukum kedua termodinamika, yang menyatakan bahwa entropi dalam sistem tertutup meningkat ketika energi berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, atau materi bergerak secara bebas.
Pada tahun 2018, peneliti Rusia di Institut Teknologi Fisika dan Teknologi Moskow melaporkan pelanggaran hukum kedua termodinamika melalui perangkat yang dikenal sebagai iblis Maxwell. Sekarang, mereka telah menanggulangi masalah dari sudut yang berbeda: mereka telah mengembangkan keadaan kuantum yang bergerak ke arah berlawanan dengan panah waktu termodinamika.
Tim pertama mengevaluasi probabilitas bahwa elektron dalam vakum akan secara insting mengembali ke masa depannya yang baru. Mereka menemukan bahwa mengamati 10 miliar elektron yang baru dilokalkan setiap detik selama seluruh umur alam semesta akan mengungkap evolusi terbalik dari keadaan elektron hanya sekali.
Bahkan dalam kasus ini, partikel tidak akan melampaui satu nanodetik ke masa lalu. Itulah sebabnya kita tidak mengamati hal-hal bergerak ke waktu terbalik, karena itu akan memerlukan jumlah partikel yang mengagumkan yang terbentang pada skala waktu yang jauh lebih besar.
Referensi: arXiv:1712.10057 | MIPT
Eksperimen Empat Tahap
Peneliti menganalisis keadaan komputer kuantum yang terdiri dari 2- dan 3-qubit (bit kuantum).
- Urutan: Awalnya, setiap qubit dalam keadaan dasar, mewakili nol.
- Penyusutan: Luncurkan ‘program evolusi’ untuk mengubah keadaan qubit menjadi satu dan nol, atau keduanya pada saat yang sama.
- Pembalikan waktu: Algoritma unik yang dikembangkan dalam studi ini mengubah komputer kuantum sedemikian rupa sehingga ia akan bergerak ke arah terbalik, dari kekacauan menuju ketertiban.
- Pemulihan: Luncurkan program evolusi lagi untuk mengembalikan keadaan qubit ke masa lalu.
Dari pihak peneliti
Komputer kuantum 2-qubit kembali ke keadaan awalnya dalam 85% kasus, sementara 3-qubit menunjukkan lebih banyak kesalahan, menghasilkan tingkat keberhasilan 50%. Kesalahan terjadi karena cacat dalam komputer kuantum yang ada. Seiring berkembangnya teknik komputasi kuantum yang lebih canggih, tingkat kesalahan diperkirakan akan menurun secara signifikan.
Apa Selanjutnya?
Algoritma pembalikan waktu ini dapat digunakan untuk mengembangkan komputer kuantum yang lebih presisi. Di masa dekat, algoritma ini dapat dimodifikasi untuk menguji perangkat lunak yang ditulis untuk komputer kuantum dan mengurangi kesalahan dan kebisingan.
Baca: 18 Fakta Menarik tentang Komputer Kuantum
Skema yang dikembangkan dalam studi ini menggulir satu per satu melalui komponen keadaan tetapi tidak mengeksploitasi paralelisme kuantum sepenuhnya. Pertanyaan selanjutnya adalah apakah memungkinkan untuk mengembangkan algoritma kuantum yang akan melakukan pembalikan waktu secara lebih efisien daripada menggunakan gerbang dasar O(N).
