Para ilmuwan baru saja menghubungkan prosesor kuantum dalam langkah bersejarah menuju superkomputer yang dapat diskalakan

Para ilmuwan di Oxford telah mengambil lompatan besar ke arah skala besar[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>quantum computing by successfully linking separate quantum processors into a fully connected system.

This breakthrough overcomes a major challenge—scalability—by allowing small quantum devices to work together rather than trying to cram millions of qubits into a single machine. Using photonic links, they achieved quantum teleportation of logical gates across modules, essentially “wiring” them together. This distributed approach mirrors how supercomputers function, offering a flexible and upgradeable system.

First Distributed Quantum Computer

In a major step toward making quantum computing practical on a large scale, scientists at Oxford University Physics have successfully demonstrated distributed quantum computing for the first time. By connecting two separate quantum processors using a photonic network interface, they effectively created a single, fully integrated quantum computer. This breakthrough opens the door to solving complex problems that were previously impossible to tackle. Their findings were published today (February 5) in Nature.

One of the biggest challenges in quantum computing is scalability. To be truly revolutionary, a quantum computer would need to process millions of qubits. However, packing that many qubits into a single machine would require an enormous, impractical device. Instead, this new approach links smaller quantum processors together, allowing them to share the computational workload across a network. In theory, there is no limit to how many processors can be connected, making this a highly scalable solution.

Photonic Links: The Key to Expansion

The scalable architecture is based on modules that each contain only a small number of trapped-ion qubits (atomic-scale carriers of quantum information). These are linked together using optical fibers, and use light (photons) rather than electrical signals to transmit data between them. These photonic links enable qubits in separate modules to be entangled,^[1] memungkinkan logika kuantum dilakukan di seluruh modul menggunakan teleportasi kuantum.^[2]

Meskipun teleportasi kuantum negara telah dicapai sebelumnya, penelitian ini adalah demonstrasi pertama teleportasi kuantum gerbang logis (komponen minimum algoritma) di seluruh tautan jaringan. Menurut para peneliti, ini dapat meletakkan dasar untuk 'internet kuantum' di masa depan, di mana prosesor yang jauh dapat membentuk jaringan yang sangat aman untuk komunikasi, perhitungan, dan penginderaan.

Studi Lead Dougal Main dari Fisika Universitas Oxford, mengatakan: “Demonstrasi sebelumnya tentang teleportasi kuantum telah berfokus pada pemindahan keadaan kuantum antara sistem yang dipisahkan secara fisik. Dalam penelitian kami, kami menggunakan teleportasi kuantum untuk membuat interaksi antara sistem yang jauh ini. Dengan menyesuaikan interaksi ini dengan hati -hati, kita dapat melakukan gerbang kuantum logis – operasi dasar komputasi kuantum – antara qubit yang ditempatkan di komputer kuantum yang terpisah. Terobosan ini memungkinkan kita untuk secara efektif 'menyatukan' prosesor kuantum yang berbeda menjadi satu komputer kuantum tunggal yang terhubung sepenuhnya. “

Menghubungkan prosesor kuantum seperti superkomputer

Konsepnya mirip dengan cara kerja superkomputer tradisional. Ini terdiri dari komputer yang lebih kecil yang dihubungkan bersama untuk mencapai kemampuan yang lebih besar dari masing -masing unit terpisah. Strategi ini menghindari banyak hambatan teknik yang terkait dengan pengemasan jumlah qubit yang lebih besar ke dalam satu perangkat, sambil melestarikan sifat kuantum halus yang diperlukan untuk perhitungan yang akurat dan kuat.

Dougal Main menambahkan: “Dengan menghubungkan modul menggunakan tautan fotonik, sistem ini mendapatkan fleksibilitas yang berharga, memungkinkan modul untuk ditingkatkan atau ditukar tanpa mengganggu seluruh arsitektur.”

Para peneliti menunjukkan keefektifan metode dengan mengeksekusi algoritma pencarian Grover. Metode kuantum ini mencari item tertentu dalam dataset besar yang tidak terstruktur jauh lebih cepat daripada komputer biasa, menggunakan fenomena kuantum superposisi dan keterikatan untuk mengeksplorasi banyak kemungkinan secara paralel. Demonstrasi yang berhasil menggarisbawahi bagaimana pendekatan terdistribusi dapat memperluas kemampuan kuantum di luar batas satu perangkat, mengatur tahap untuk komputer kuantum berkinerja tinggi yang cukup kuat yang cukup kuat untuk menjalankan perhitungan dalam jam-jam yang akan dibutuhkan oleh superkomputer saat ini untuk dipecahkan.

Profesor David Lucas, penyelidik utama tim peneliti dan ilmuwan utama untuk pusat komputasi dan simulasi kuantum Inggris, yang dipimpin dari Fisika Universitas Oxford, mengatakan: “Eksperimen kami menunjukkan bahwa pemrosesan informasi kuantum yang didistribusikan jaringan layak dilakukan dengan teknologi saat ini. Meningkatkan komputer kuantum tetap menjadi tantangan teknis yang tangguh yang kemungkinan akan membutuhkan wawasan fisika baru serta upaya rekayasa intensif selama beberapa tahun mendatang. ”

Catatan

1. Keterjemahan kuantum: Di mana dua partikel, seperti sepasang foton, tetap berkorelasi bahkan ketika dipisahkan oleh jarak yang luas. Ini memungkinkan mereka untuk berbagi informasi tanpa harus bepergian secara fisik.
2. Teleportasi kuantum: Transfer informasi kuantum dalam jarak jauh hampir secara instan, menggunakan keterikatan.

Referensi: “Komputasi kuantum terdistribusi melintasi tautan jaringan optik” oleh D. Main, P. Drmota, DP Nadlinger, Em Ainley, A. Agrawal, BC Nichol, R. Srinivas, G. Araneda dan DM Lucas, 5 Februari 2025, Alam.
Doi: 10.1038/s41586-024-08404-x

Fisika Universitas Oxford diakui di seluruh dunia karena kepemimpinannya dalam penelitian kuantum mendasar dan terapan, dengan tim yang mendorong batas-batas rekayasa fotonik, kontrol skala atom, dan inovasi algoritmik. Pendanaan utama untuk penelitian ini disediakan oleh UKRI EPSRC, melalui UK Quantum Computing and Simulation (QCS) Hub, bagian dari Program Teknologi Kuantum Nasional Inggris.