Ilmuwan Memecahkan Kompleksitas Komputasi Kuantum Dengan Desain Hibrid Revolusioner
Komputer kuantum beroperasi menggunakan gerbang kuantum, namun kompleksitas dan jumlah gerbang yang besar dapat mengurangi efisiensinya. Pendekatan “hibrida” baru mengurangi kompleksitas ini dengan memanfaatkan interaksi sistem alami, membuat algoritma kuantum lebih mudah untuk dieksekusi.
Inovasi ini membantu mengelola masalah “kebisingan” yang melekat pada sistem kuantum saat ini, sehingga meningkatkan penggunaan praktisnya. Pendekatan ini telah didemonstrasikan secara efektif dengan algoritma Grover, memungkinkan pencarian kumpulan data besar secara efisien tanpa koreksi kesalahan yang ekstensif.
Tantangan Komputasi Kuantum
Komputer kuantum beroperasi menggunakan unit dasar yang disebut gerbang kuantum, yang konsepnya mirip dengan gerbang logika yang digunakan pada komputer klasik. Gerbang logika melakukan operasi data dasar seperti “dan”, “atau”, atau “tidak”. Agar suatu algoritma dapat berjalan pada komputer kuantum, pertama-tama algoritma tersebut harus didekomposisi menjadi serangkaian gerbang kuantum dasar ini. Namun, proses ini bisa sangat kompleks, seringkali memerlukan operasi gerbang kuantum dalam jumlah besar, sehingga dapat mengurangi keunggulan komputasi sistem kuantum.
Untuk mengatasi tantangan ini, para peneliti telah memperkenalkan pendekatan “hibrida” inovatif pada desain perangkat keras kuantum. Metode ini menggantikan bagian-bagian tertentu dari sirkuit kuantum dengan evolusi fisik yang memanfaatkan interaksi alami sistem. Dengan demikian, pendekatan hibrid secara signifikan menyederhanakan eksekusi algoritma kuantum dibandingkan metode tradisional, menjadikannya lebih efisien dan praktis.
Komputer kuantum skala menengah saat ini belum praktis karena “kebisingan”. Kebisingan ini terjadi karena qubit—komponen paling dasar dari komputer kuantum—dapat berinteraksi dengan lingkungan luar. Hal ini menimbulkan kesalahan. Kesalahan ini terjadi dengan cepat, sehingga membatasi jumlah waktu komputer kuantum dapat beroperasi secara akurat. Metode koreksi kesalahan yang sebenarnya masih jauh dari dapat diandalkan. Desain perangkat keras hibrida memungkinkan peneliti menjalankan algoritma kuantum menggunakan teknologi terkini untuk aplikasi ilmiah praktis.
Pendekatan Hibrid untuk Komputasi Kuantum
Dengan menggunakan pendekatan hybrid, para peneliti di Laboratorium Nasional Los Alamos mengusulkan realisasi spesifik dari algoritma Grover. Sebagai salah satu algoritme kuantum paling terkenal, algoritme Grover memungkinkan penelusuran tidak terstruktur terhadap kumpulan data besar yang menghabiskan sumber daya komputasi konvensional.
Algoritme Grover melibatkan operasi kotak hitam, yang disebut “oracle.” Operasi ini umumnya memerlukan eksekusi gerbang kuantum dalam jumlah besar. Dalam penelitian ini, tim mengusulkan untuk mewujudkan oracle hanya dengan menggunakan satu putaran, secara alami berinteraksi dengan qubit komputasi lainnya. Tidak diperlukan interaksi langsung antara qubit komputasi. Seluruh operasi Oracle hanya terdiri dari penerapan pulsa medan eksternal sederhana yang bergantung pada waktu yang memutar putaran tunggal. Yang penting, pendekatan ini dilindungi secara topologi, yang berarti pendekatan ini kuat terhadap ketidaktepatan bidang kontrol dan parameter fisik lainnya, bahkan tanpa koreksi kesalahan.
Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai penelitian ini, lihat Paradigma Komputasi Kuantum Baru: Perangkat Keras yang Mengubah Permainan untuk Komputasi Lebih Cepat.
Referensi: “Oracle Grover yang dilindungi secara topologi untuk masalah partisi” oleh Nikolai A. Sinitsyn dan Bin Yan, 14 Agustus 2023, Tinjauan Fisik A.
DOI: 10.1103/PhysRevA.108.022412
Pekerjaan ini didukung oleh Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi (DOE), Kantor Penelitian Komputasi Ilmiah Tingkat Lanjut melalui Program Internet Kuantum untuk Mempercepat Penemuan Ilmiah, dan oleh DOE di bawah program Penelitian dan Pengembangan yang Diarahkan Laboratorium di Laboratorium Nasional Los Alamos.
