Terobosan Komputasi Kuantum Mencapai 99,98% Gate Fidelity
Para peneliti telah mencapai ketelitian gerbang yang tinggi hingga 99,98% dengan menggunakan coupler transmon ganda baru. Perkembangan ini semakin meningkat komputasi kuantum kinerja dan mendukung kemajuan menuju sistem yang toleran terhadap kesalahan.
Para peneliti dari RIKEN Center for Quantum Computing dan Toshiba telah mengembangkan gerbang komputer kuantum menggunakan double-transmon coupler (DTC), sebuah perangkat yang sebelumnya diusulkan secara teori untuk meningkatkan fidelitas gerbang kuantum secara signifikan. Dengan inovasi ini, tim mencapai fidelitas sebesar 99,92% untuk perangkat dua qubit yang dikenal sebagai gerbang CZ dan 99,98% untuk gerbang qubit tunggal.
Pencapaian ini, yang merupakan bagian dari proyek Q-LEAP, tidak hanya meningkatkan kinerja perangkat kuantum skala menengah yang bising (NISQ) namun juga meletakkan dasar bagi komputasi kuantum yang toleran terhadap kesalahan melalui koreksi kesalahan yang lebih efektif.
Kesetiaan Gerbang yang Ditingkatkan Dengan DTC
DTC adalah merdu coupler baru yang terdiri dari dua transmon frekuensi tetap—sejenis qubit yang dirancang agar kurang sensitif terhadap kebisingan yang disebabkan oleh muatan—yang dihubungkan melalui loop yang berisi persimpangan Josephson tambahan. Arsitektur ini menjawab tantangan penting dalam komputasi kuantum: mencapai koneksi fidelitas tinggi antar qubit. Fidelitas yang tinggi sangat penting untuk mengurangi kesalahan dan meningkatkan keandalan komputasi kuantum.
DTC menonjol karena meminimalkan interaksi sisa sekaligus memungkinkan pengoperasian gerbang dua qubit dengan ketelitian tinggi dan cepat, bahkan untuk qubit dengan perbedaan frekuensi yang signifikan (detuning). Meskipun gerbang qubit tunggal telah mencapai tingkat fidelitas 99,9%, gerbang dua qubit biasanya memiliki tingkat kesalahan 1% atau lebih, terutama karena interaksi qubit yang tidak diinginkan, seperti interaksi ZZ. Pendekatan DTC secara langsung mengatasi masalah ini dan mewakili kemajuan besar dalam teknologi gerbang kuantum.
Mengoptimalkan Koreksi Kesalahan Quantum
Kunci dari karya saat ini, diterbitkan di Tinjauan Fisik Xadalah pembangunan gerbang dengan menggunakan teknik fabrikasi mutakhir dengan menggunakan jenis pembelajaran mesin dikenal sebagai pembelajaran penguatan. Pendekatan ini memungkinkan para peneliti untuk menerjemahkan potensi teoritis DTC ke dalam aplikasi praktis. Mereka menggunakan pendekatan ini untuk mencapai keseimbangan antara dua jenis kesalahan yang tersisa—kesalahan kebocoran dan kesalahan dekoherensi—yang tetap ada dalam sistem, dengan memilih durasi 48 nanodetik sebagai kompromi optimal antara kedua sumber kesalahan. Berkat ini, mereka mampu mencapai tingkat fidelitas yang termasuk tertinggi yang dilaporkan di lapangan.
Prospek Masa Depan dalam Teknologi Kuantum
Menurut Yasunobu Nakamura, direktur Pusat Komputasi Kuantum RIKEN, “Dengan mengurangi tingkat kesalahan di gerbang kuantum, kami telah memungkinkan komputasi kuantum yang lebih andal dan akurat. Hal ini sangat penting untuk pengembangan komputer kuantum yang toleran terhadap kesalahan, yang merupakan masa depan komputasi kuantum.”
Dia melanjutkan, “Kemampuan perangkat ini untuk bekerja secara efektif dengan qubit yang sangat tidak disetel menjadikannya sebagai landasan yang serbaguna dan kompetitif untuk berbagai arsitektur komputasi kuantum. Kemampuan beradaptasi ini memastikan bahwa ia dapat diintegrasikan ke dalam prosesor kuantum superkonduktor yang ada dan yang akan datang, sehingga meningkatkan kinerja dan skalabilitasnya secara keseluruhan. Di masa depan, kami berencana untuk mencoba mencapai panjang gerbang yang lebih pendek, karena hal ini dapat membantu meminimalkan kesalahan yang tidak koheren.”
Referensi: “Realisasi Gerbang CZ Fidelitas Tinggi Berdasarkan Coupler Transmon Ganda” oleh Rui Li, Kentaro Kubo, Yinghao Ho, Zhiguang Yan, Yasunobu Nakamura dan Hayato Goto, 21 November 2024, Tinjauan Fisik X.
DOI: 10.1103/PhysRevX.14.041050
