Rutgers dan IBM melaporkan kontrol umpan balik real-time pada 100 qubit
Peneliti dari Rutgers, IBM, dan sejumlah kolaborator menggunakan chip Heron 156-qubit untuk mendemonstrasikan pengukuran berulang dan reset pada hingga 100 qubit.
Halaman ini diterjemahkan dari bahasa Inggris. Nama perusahaan dan produk serta tautan sumber tidak diubah. Baca versi asli dalam bahasa Inggris
Peneliti dari Rutgers, IBM, dan beberapa institusi mitra mengatakan mereka telah mendemonstrasikan umpan balik kuantum real-time pada hingga 100 qubit, dengan menggunakan pengukuran dan reset berulang saat prosesor tetap berjalan. Menurut pengumuman tersebut, pekerjaan ini dilakukan pada prosesor IBM Quantum Heron 156-qubit dan dijelaskan dalam studi yang diterbitkan di Nature Physics. Hasil ini menjawab salah satu kebutuhan inti komputasi kuantum toleran kesalahan: kemampuan untuk memantau bagian-bagian dari suatu sistem dan berulang kali melakukan intervensi tanpa menghentikan komputasi.
Apa yang diumumkan
Tim tersebut mengatakan mereka menggunakan rantai terhubung hingga 100 qubit pada perangkat keras Heron milik IBM untuk menguji apakah sebuah prosesor kuantum dapat bergantian antara dua perilaku secara real-time: mengacak informasi di antara qubit-qubit yang bertetangga serta mengukur lalu mereset qubit individual untuk menekan pengacakan tersebut.
Secara keseluruhan, eksperimen itu melibatkan hampir 5.000 operasi dua-qubit dan hampir 5.000 pengukuran serta reset, menurut laporan tersebut. Para peneliti menggambarkannya sebagai demonstrasi terbesar yang berhasil sejauh ini untuk jenis kontrol berbasis umpan balik ini.
Profesor Rutgers Jedediah Pixley, salah satu penulis senior, mengatakan bidang ini perlu melakukan pemeriksaan dan koreksi semacam itu berkali-kali selama komputasi untuk mencapai toleransi kesalahan. Penulis senior IBM Maika Takita mengatakan tantangannya adalah mengulangi pengukuran sementara bagian lain dari prosesor tetap beroperasi, alih-alih menjeda sistem.
Detail teknis
Eksperimen tersebut menyiapkan persaingan antara dua proses. Satu proses menyebarkan informasi di antara qubit-qubit yang bertetangga, menciptakan dinamika yang makin kacau. Proses lainnya mengukur qubit yang dipilih dan meresetnya, mendorong sistem menuju keadaan teratur yang dipilih para peneliti.
Dengan memvariasikan seberapa sering masing-masing proses terjadi, tim itu mengamati perilaku ambang. Ketika pengacakan terjadi lebih dari separuh waktu, sistem tetap kacau. Ketika pemeriksaan dan reset lebih dominan, sistem berpindah ke rezim teratur yang dapat dikendalikan. Di dekat keseimbangan yang nyaris setara, pergeseran kecil pada laju kedua proses itu mengubah sistem secara mendadak.
Menurut para peneliti, perubahan tajam itu sesuai dengan gambaran transisi fase: sistem kuantum beralih secara kolektif dari kekacauan ke kontrol. Salah satu penulis utama Haining Pan mengatakan transisi itu menjadi lebih terdefinisi dengan tajam ketika tim mempelajari sistem yang lebih besar, dan bahwa data eksperimen cocok dengan ekspektasi teoretis.
Laporan itu juga mencatat mengapa hasil ini penting bagi koreksi kesalahan. Informasi kuantum tidak bisa begitu saja disalin, dan pengukuran dapat mengganggu keadaan yang sedang dihitung. Karena itu, mesin toleran kesalahan yang praktis harus dapat mendeteksi dan memperbaiki kesalahan secara berulang sambil mempertahankan informasi yang dikodekan.
Mengapa ini penting
Pengumuman tersebut membingkai hasil ini sebagai demonstrasi fisika sekaligus tonggak rekayasa sistem. Dari sisi fisika, hasil ini mendukung prediksi teoretis bahwa intervensi berulang dapat mendorong transisi dari dinamika kuantum yang tak terkendali ke rezim yang teratur dan dapat dikendalikan. Dari sisi perangkat keras, hasil ini menunjukkan perangkat keras superkonduktor masa kini mampu mengoordinasikan gerbang kuantum, pengukuran, dan reset ribuan kali di seluruh perangkat berskala besar.
Itu tidak berarti komputasi kuantum toleran kesalahan telah tercapai. Laporan tersebut secara eksplisit mencatat bahwa belum ada pihak yang membangun komputer kuantum toleran kesalahan. Namun kemampuan untuk melakukan siklus pengukuran-dan-reset berulang dalam skala besar adalah salah satu unsur operasional yang akan dibutuhkan sistem semacam itu.
Hal yang perlu diperhatikan
Pertanyaan berikutnya adalah bagaimana teknik seperti ini diterjemahkan menjadi protokol koreksi kesalahan penuh, alih-alih eksperimen fisika yang terkontrol. Studi tersebut menunjukkan bahwa kemampuan sirkuit dinamis IBM dapat mempertahankan urutan panjang operasi yang diselingi pada subset qubit besar, yang relevan untuk demonstrasi logical qubit di masa depan.
Kolaborasi ini melibatkan peneliti dari Rutgers, IBM, City College of New York, CUNY Graduate Center, Iowa State University, Ames National Laboratory, Pennsylvania State University, dan Louisiana State University. Seperti dilaporkan dalam pengumuman tersebut, prosesor itu memungkinkan tim mempelajari sistem yang jauh lebih besar daripada sekitar dua lusin qubit yang dapat mereka simulasikan pada komputer konvensional.
Sumber
Fakta di halaman ini berasal dari sumber-sumber di bawah ini, yang dihimpun oleh DesignQuantum.
- Rutgers And IBM Demonstrate Real-Time Control Across 100 Qubits thequantuminsider.com