Komputasi Kuantum Melangkah Maju dengan Pengembangan Pusat Spin Baru

Teknologi baru dapat meningkatkan metode penyimpanan dan pemindahan information.

Komputasi kuantum memanfaatkan prinsip-prinsip mekanika kuantum untuk mengatasi tantangan kompleks di berbagai bidang, termasuk kedokteran dan pembelajaran mesinyang melampaui kemampuan komputer tradisional. Simulator kuantum, yang terdiri dari unit kuantum yang berinteraksi dan dapat diprogram, memungkinkan para ilmuwan untuk meniru mannequin dunia fisik yang rumit. Dengan menyesuaikan interaksi ini dan mengamati perilaku simulator, para peneliti dapat memperoleh wawasan tentang mannequin ini dan, secara tidak langsung, dunia nyata.

Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Ulasan Fisik Bdan dipilih oleh jurnal sebagai saran editor, tim peneliti yang dipimpin UC Riverside telah mengusulkan rantai objek magnetik kuantum, yang disebut pusat spin, yang, dengan adanya medan magnet eksternal, dapat mensimulasikan kuantum berbagai fase magnetik materi serta transisi antara fase-fase ini.

“Kami tengah merancang perangkat baru yang menampung pusat spin dan dapat digunakan untuk mensimulasikan dan mempelajari fenomena fisik menarik yang tidak dapat dipelajari sepenuhnya dengan komputer klasik,” kata Shan-Wen Tsai, seorang profesor fisika dan astronomi, yang memimpin tim peneliti tersebut. “Pusat spin dalam materials solid-state merupakan objek kuantum terlokalisasi dengan potensi besar yang belum dimanfaatkan untuk desain simulator kuantum baru.”

Foto menunjukkan Shan-Wen Tsai (kiri) dan Troy Losey. Kredit: Laboratorium Tsai, UC Riverside

Menurut Troy Losey, mahasiswa pascasarjana Tsai dan penulis pertama makalah tersebut, kemajuan pada perangkat ini dapat memungkinkan untuk mempelajari cara yang lebih efisien dalam menyimpan dan mentransfer informasi, sekaligus mengembangkan metode yang dibutuhkan untuk membuat komputer kuantum suhu ruangan.

“Kami memiliki banyak ide tentang cara melakukan penyempurnaan pada simulator kuantum berbasis pusat spin dibandingkan dengan perangkat yang diusulkan awal ini,” katanya. “Dengan menggunakan ide-ide baru ini dan mempertimbangkan pengaturan pusat spin yang lebih kompleks, dapat membantu menciptakan simulator kuantum yang mudah dibangun dan dioperasikan, sekaligus tetap mampu mensimulasikan fisika yang baru dan bermakna.”

Di bawah ini, Tsai dan Losey menjawab beberapa pertanyaan tentang penelitian tersebut:

T: Apa itu simulator kuantum?

Tsai: Ini adalah perangkat yang memanfaatkan perilaku mekanika kuantum yang tidak biasa untuk mensimulasikan fisika menarik yang terlalu sulit untuk dihitung oleh komputer biasa. Tidak seperti komputer kuantum yang beroperasi dengan qubit dan operasi gerbang common, simulator kuantum dirancang secara particular person untuk mensimulasikan/memecahkan masalah tertentu. Dengan mengorbankan kemampuan pemrograman common komputer kuantum demi memanfaatkan kekayaan interaksi kuantum dan susunan geometris yang berbeda, simulator kuantum mungkin lebih mudah diimplementasikan dan menyediakan aplikasi baru untuk perangkat kuantum, yang relevan karena komputer kuantum belum berguna secara common.

Pusat putaran adalah suatu bentuk atomObjek magnetik kuantum berukuran 1,5 inci yang dapat ditempatkan dalam kristal. Objek ini dapat menyimpan informasi kuantum, berkomunikasi dengan pusat spin lainnya, dan dikendalikan dengan laser.

T: Apa saja aplikasi dari karya ini?

Losey: Kita dapat membangun simulator kuantum yang diusulkan untuk mensimulasikan fase magnetik materi yang eksotis dan transisi fase di antara fase-fase tersebut. Transisi fase ini sangat menarik karena pada transisi ini perilaku sistem yang sangat berbeda menjadi identik, yang menyiratkan bahwa ada fenomena fisik mendasar yang menghubungkan sistem-sistem yang berbeda ini.

Teknik yang digunakan untuk membangun perangkat ini juga dapat digunakan untuk komputer kuantum berbasis spin-center, yang merupakan kandidat utama untuk pengembangan komputer kuantum suhu ruangan, sedangkan sebagian besar komputer kuantum memerlukan suhu yang sangat dingin agar dapat berfungsi. Lebih jauh, perangkat kami mengasumsikan bahwa spin-center ditempatkan dalam garis lurus, tetapi memungkinkan untuk menempatkan spin-center dalam pengaturan hingga 3 dimensi. Hal ini dapat memungkinkan untuk mempelajari perangkat informasi berbasis spin yang lebih efisien daripada metode yang saat ini digunakan oleh komputer.

Karena simulator kuantum lebih mudah dibuat dan dioperasikan daripada komputer kuantum, saat ini kita dapat menggunakan simulator kuantum untuk memecahkan masalah tertentu yang tidak dapat diselesaikan oleh komputer biasa, sambil menunggu komputer kuantum menjadi lebih canggih. Namun, ini tidak berarti bahwa simulator kuantum dapat dibuat tanpa tantangan, karena kita baru saja mendekati kemampuan untuk memanipulasi pusat spin, menumbuhkan kristal murni, dan bekerja pada suhu rendah untuk membangun simulator kuantum yang kami usulkan.

Referensi: “Simulasi kuantum mannequin spin-12 XYZ menggunakan pusat spin solid-state” oleh Troy Losey, Denis R. Candido, Jin Zhang, Y. Meurice, Michael E. Flatté dan S.-W. Tsai, 8 Juli 2024, Ulasan Fisik B.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1103/PhysRevB.110.014413