Fisikawan teoretis telah menemukan cara yang berpotensi meningkatkan kemampuan memori chip komputer kuantum dengan memastikan informasi tetap terorganisir, mirip dengan pembuat krim kopi yang terus berputar, yang bertentangan dengan ekspektasi fisika tradisional.
Tambahkan sedikit krimer ke kopi pagi Anda, dan awan cairan putih akan berputar di sekitar cangkir Anda. Tapi tunggu beberapa detik, dan pusaran itu akan hilang, meninggalkan Anda hanya dengan segelas cairan coklat biasa.
Hal serupa terjadi pada chip komputer kuantum—perangkat yang memanfaatkan sifat-sifat aneh alam semesta pada skala terkecilnya—di mana informasi dapat dengan cepat bercampur aduk, sehingga membatasi kemampuan memori alat-alat ini.
Seharusnya tidak demikian, kata Rahul Nandkishore, profesor fisika di Universitas Colorado Boulder.
Dalam terobosan baru dalam teori fisika, ia dan rekan-rekannya telah menggunakan matematika untuk menunjukkan bahwa para ilmuwan pada dasarnya dapat menciptakan sebuah skenario di mana susu dan kopi tidak akan pernah bercampur—tidak peduli seberapa keras Anda mengaduknya.
Temuan kelompok ini mungkin mengarah pada kemajuan baru dalam chip komputer kuantum, yang berpotensi memberikan para insinyur cara baru untuk menyimpan informasi dalam objek yang sangat kecil.
“Bayangkan pola pusaran awal yang muncul saat Anda menambahkan krim ke dalam kopi pagi Anda,” kata Nandkishore, penulis senior studi baru ini. “Bayangkan jika pola-pola ini terus berputar dan menari tidak peduli berapa lama Anda menontonnya.”
Para peneliti masih perlu melakukan eksperimen di laboratorium untuk memastikan bahwa pusaran yang tidak pernah berakhir ini benar-benar mungkin terjadi. Namun hasil yang diperoleh kelompok ini merupakan sebuah langkah maju yang besar bagi fisikawan yang ingin menciptakan material yang tidak seimbang, atau seimbang, untuk jangka waktu yang lama—suatu upaya yang dikenal sebagai “pelanggaran ergodisitas”.
Temuan tim baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Surat Tinjauan Fisik.
Memori kuantum
Studi ini, yang melibatkan rekan penulis David Stephen dan Oliver Hart, peneliti pascadoktoral bidang fisika di CU Boulder, bertumpu pada masalah umum di bidang fisika. komputasi kuantum.
Komputer normal berjalan pada “bit”, yang berbentuk nol atau satu. Nandkishore menjelaskan bahwa komputer kuantum, sebaliknya, menggunakan “qubit”, yang dapat eksis sebagai nol, satu, atau, melalui keanehan fisika kuantum, nol dan satu pada saat yang bersamaan. Para insinyur telah membuat qubit dari berbagai macam benda, termasuk atom individu yang terperangkap oleh laser atau perangkat kecil yang disebut superkonduktor.
Namun seperti halnya secangkir kopi, qubit dapat dengan mudah tercampur. Jika Anda membalik, misalnya, semua qubit menjadi satu, mereka pada akhirnya akan bolak-balik hingga seluruh chip menjadi berantakan dan tidak teratur.
Dalam penelitian baru, Nandkishore dan rekan-rekannya mungkin telah menemukan cara mengatasi kecenderungan pencampuran tersebut. Kelompok tersebut menghitung bahwa jika para ilmuwan menyusun qubit ke dalam pola tertentu, kumpulan ini akan menyimpan informasinya—bahkan jika Anda mengganggunya menggunakan medan magnet atau gangguan serupa. Hal itu, kata fisikawan itu, memungkinkan para insinyur membuat perangkat dengan semacam memori kuantum.
“Ini bisa menjadi cara menyimpan informasi,” katanya. “Anda akan menuliskan informasi ke dalam pola-pola ini, dan informasi tersebut tidak dapat terdegradasi.”
Memanfaatkan geometri
Dalam studi tersebut, para peneliti menggunakan alat pemodelan matematika untuk membayangkan susunan ratusan hingga ribuan qubit yang disusun dalam pola seperti papan kotak-kotak.
Mereka menemukan bahwa triknya adalah dengan menempatkan qubit di tempat yang sempit. Jika qubit berada cukup dekat, Nadkishore menjelaskan, mereka dapat mempengaruhi perilaku tetangganya, hampir seperti kerumunan orang yang mencoba masuk ke dalam bilik telepon. Beberapa dari orang-orang itu mungkin berdiri tegak atau di atas kepala, tetapi mereka tidak dapat membalikkan badan tanpa mendorong orang lain.
Para peneliti menghitung bahwa jika mereka mengatur pola-pola ini dengan cara yang benar, pola-pola tersebut mungkin mengalir di sekitar chip komputer kuantum dan tidak akan pernah terdegradasi—seperti awan krim yang berputar-putar selamanya di dalam kopi Anda.
“Hal yang luar biasa tentang penelitian ini adalah kami menemukan bahwa kami dapat memahami fenomena mendasar ini melalui geometri yang hampir sederhana,” kata Nandkishore.
Temuan tim ini dapat mempengaruhi lebih dari sekedar komputer kuantum.
Nandkishore menjelaskan bahwa hampir segala sesuatu di alam semesta, mulai dari secangkir kopi hingga lautan luas, cenderung bergerak menuju apa yang oleh para ilmuwan disebut sebagai “kesetimbangan termal”. Misalnya, jika Anda memasukkan es batu ke dalam cangkir, panas dari kopi akan melelehkan es, akhirnya membentuk cairan dengan suhu yang seragam.
Namun, temuan barunya ini sejalan dengan semakin banyaknya penelitian yang menunjukkan bahwa beberapa organisasi kecil materi dapat menolak keseimbangan tersebut—tampaknya melanggar beberapa hukum alam semesta yang paling tidak dapat diubah.
“Kita tidak perlu mengulang perhitungan kita untuk es dan air,” kata Nandkishore. “Bidang matematika yang kita sebut fisika statistik sangat berhasil dalam mendeskripsikan hal-hal yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari. Namun ada beberapa pengaturan yang mungkin tidak berlaku.”
Referensi: “Ergodisitas yang Terbukti Kuat terhadap Gangguan Sewenang-wenang” oleh David T. Stephen, Oliver Hart, dan Rahul M. Nandkishore, 23 Januari 2024, Surat Tinjauan Fisik.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.040401
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
