Fisikawan di Universitas Sydney telah mencapai terobosan Komputasi kuantum dengan membuat gerbang logika universal di dalam satu atom.
Menggunakan sistem koreksi kesalahan yang kuat yang dikenal sebagai kode Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP)-sering disebut “batu rosetta” dari komputasi kuantum-mereka berhasil melibatkan getaran ion yang terperangkap. Prestasi ini secara drastis mengurangi jumlah qubit fisik yang dibutuhkan, menangani salah satu rintangan terbesar dalam penskalaan komputer kuantum dan membawa mesin kuantum skala besar yang praktis lebih dekat dengan kenyataan.
Memerangi kesalahan kuantum pada skala
Membangun komputer kuantum yang besar dan andal adalah salah satu tantangan terberat sains. Hambatan utama adalah kesalahan acak yang terjadi ketika bit kuantum, atau qubit, melakukan operasinya.
Untuk membuat kemajuan, para peneliti telah mengembangkan cara penyandian qubit sehingga beberapa dapat digunakan untuk mendeteksi dan memperbaiki kesalahan pada orang lain. Ini memungkinkan kelompok qubit yang lebih kecil berfungsi dengan benar dan memberikan hasil yang bermakna.
Namun, semakin banyak qubit logis ditambahkan, semakin banyak qubit fisik yang diperlukan untuk mendukungnya. Persyaratan tumbuh begitu cepat sehingga meningkatkan ke komputer kuantum yang benar -benar berguna berubah menjadi mimpi buruk rekayasa besar.
Terobosan di University of Sydney
Para peneliti di Laboratorium Kontrol Kuantum di dalam Institut Universitas Sydney Nano kini telah mengambil langkah besar ke depan. Untuk pertama kalinya, mereka telah menunjukkan semacam gerbang logika kuantum yang membutuhkan lebih sedikit qubit fisik untuk berfungsi.
Pendekatan mereka melibatkan membangun gerbang logika yang melibatkan di dalam satu atom, menggunakan kode yang mengoreksi kesalahan canggih yang sering digambarkan sebagai “batu rosetta” dari komputasi kuantum. Kode ini telah mendapatkan nama panggilannya karena mengubah osilasi kuantum yang halus dan terus menerus menjadi negara bagian yang diskrit, seperti digital. Terjemahan itu membuatnya lebih mudah untuk menemukan dan memperbaiki kesalahan, sementara juga memberikan cara yang ringkas dan efisien untuk menyandikan qubit logis.
Kode GKP: Batu Rosetta untuk Komputasi Kuantum
Kode Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) bernama ini selama bertahun-tahun menawarkan kemungkinan teoretis untuk secara signifikan mengurangi jumlah fisik qubit yang diperlukan untuk menghasilkan ‘qubit logis’ yang berfungsi. Meskipun dengan efisiensi perdagangan kompleksitas, membuat kode sangat sulit dikendalikan.
Penelitian yang diterbitkan hari ini di Fisika Alam Menunjukkan hal ini sebagai realitas fisik, memanfaatkan osilasi alami dari ion yang terperangkap (atom Ytterbium yang bermuatan) untuk menyimpan kode GKP dan, untuk pertama kalinya, menyadari kuantum melibatkan gerbang di antara mereka.
Dipimpin oleh sesama Sydney Horizon Dr. Tingrei Tan di University of Sydney Nano Institute, para ilmuwan telah menggunakan kendali indah mereka atas gerakan harmonik ion yang terperangkap untuk menjembatani kompleksitas pengkodean qubit GKP, yang memungkinkan demonstrasi keterjeratan mereka.
“Eksperimen kami telah menunjukkan realisasi pertama dari gerbang logis universal yang ditetapkan untuk qubit GKP,” kata Dr. Tan. “Kami melakukan ini dengan secara tepat mengendalikan getaran alami, atau osilasi harmonik, dari ion yang terperangkap sedemikian rupa sehingga kami dapat memanipulasi qubit GKP individu atau melibatkan mereka sebagai pasangan.”
Gerbang logika kuantum dan inovasi perangkat lunak
Gerbang logika adalah sakelar informasi yang memungkinkan komputer – kuantum dan klasik – dapat diprogram untuk melakukan operasi logis. Gerbang logika kuantum menggunakan keterjeratan qubit untuk menghasilkan jenis sistem operasional yang sama sekali berbeda dengan yang digunakan dalam komputasi klasik, menopang janji besar komputer kuantum.
Penulis pertama Vassili Matsos adalah mahasiswa PhD di School of Physics dan Sydney Nano. Dia mengatakan: “Secara efektif, kami menyimpan dua qubit logis yang dapat dikoreksi dengan kesalahan dalam satu ion yang terperangkap dan menunjukkan keterikatan di antara mereka.
“Kami melakukan ini menggunakan perangkat lunak kontrol kuantum yang dikembangkan oleh Q-CTRL, perusahaan start-up spin-off dari Laboratorium Kontrol Kuantum, dengan model berbasis fisika untuk merancang gerbang kuantum yang meminimalkan distorsi qubit logis GKP, sehingga mereka mempertahankan struktur halus kode GKP saat memproses informasi kuantum.”
Tonggak sejarah dalam teknologi kuantum
Apa yang dilakukan Mr Matsos adalah melibatkan dua ‘getaran kuantum’ dari satu atom. Atom yang terperangkap bergetar dalam tiga dimensi. Gerakan di setiap dimensi dijelaskan oleh mekanika kuantum dan masing -masing dianggap sebagai ‘keadaan kuantum’. Dengan melibatkan dua status kuantum ini yang direalisasikan sebagai qubit, Mr Matsos menciptakan gerbang logika hanya menggunakan satu atom, tonggak sejarah dalam teknologi kuantum.
Hasil ini secara besar -besaran mengurangi perangkat keras kuantum yang diperlukan untuk membuat gerbang logika ini, yang memungkinkan mesin kuantum diprogram.
Dr. Tan mengatakan, “Kode koreksi kesalahan GKP telah lama menjanjikan pengurangan tuntutan perangkat keras untuk mengatasi tantangan overhead sumber daya untuk penskalaan komputer kuantum. Eksperimen kami mencapai tonggak penting, menunjukkan bahwa kontrol kuantum berkualitas tinggi ini menyediakan alat kunci untuk memanipulasi lebih dari satu quit logis.
“Dengan menunjukkan gerbang kuantum universal menggunakan qubit ini, kami memiliki fondasi untuk bekerja menuju pemrosesan informasi kuantum skala besar dengan cara yang sangat efisien perangkat keras.”
Menuju mesin kuantum yang dapat diskalakan dan efisien
Di tiga percobaan yang dijelaskan dalam makalah ini, tim Dr. Tan menggunakan ion ytterbium tunggal yang terkandung dalam apa yang dikenal sebagai Paul Trap. Ini menggunakan serangkaian laser yang kompleks pada suhu kamar untuk menahan atom tunggal dalam perangkap, memungkinkan getaran alami dikontrol dan digunakan untuk menghasilkan kode GKP yang kompleks.
Penelitian ini merupakan demonstrasi penting bahwa gerbang logika kuantum dapat dikembangkan dengan jumlah fisik qubit yang berkurang, meningkatkan efisiensinya.
Referensi: “Gerbang Kuantum Universal Set untuk Gottesman -Kitaev -Preskill Logical Qubit” oleh VG Matsos, Ch Valahu, MJ Millican, T. Navickas, XC Kolesnikow, MJ Biercuk dan Tr Tan, 21 Agustus 2025, Fisika Alam.
Dua: 10.1038/S41567-025-03002-8
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin ScitechDaily.
RisalahPos.com Network
