Komputer kuantum yang tidak konvensional dapat membantu mengungkap misteri mendasar dari alam semesta
Untuk pertama kalinya, para peneliti di Institute of Waterloo's Institute for Quantum Computing (IQC) dan University of Innsbruck di Austria telah melakukan simulasi kuantum dari teori fisika partikel dua dimensi pada komputer kuantum qudit, membawa kita lebih dekat untuk memahami alam pada tingkat yang paling mendasar.
Dengan menggunakan komputer kuantum Qudit, para ilmuwan berharap untuk memahami misteri mendasar tentang sifat alam semesta kita – apa yang terjadi di dalam bintang neutron, atau keadaan materi apa yang mungkin – dengan kesalahan lebih sedikit daripada komputer kuantum qubit dan jauh lebih cepat.
Peneliti IQC dan University of Innsbruck melakukan simulasi elektrodinamik kuantum termasuk partikel, antipartikel, dan medan listrik dan magnet di antara mereka pada jaringan dua dimensi. Makalah mereka, mensimulasikan teori pengukur kisi 2D di komputer kuantum qudit, diterbitkan di Nature Physics awal pekan ini.
Kelompok penelitian di IQC dipimpin oleh Christine Muschik, profesor di Departemen Fisika dan Astronomi. Mereka mengembangkan kerangka matematika Qudit untuk menjalankan simulasi fisika dan protokol yang digunakan untuk perhitungan kuantum.
Martin Ringbauer, profesor di University of Innsbruck, memimpin tim yang membangun komputer kuantum Qudit menggunakan ion kalsium.
“Teknologi kuantum memiliki begitu banyak janji dan qudit memainkan peran penting karena mereka membuat komputer kuantum jauh lebih efisien,” kata Muschik.
Sebagian besar komputer kuantum menggunakan qubit untuk memproses informasi. Seperti bit klasik, qubit diwakili oleh nol dan satu, tetapi mereka juga dapat berada dalam keadaan superposisi nol dan satu. Qudits, di sisi lain, dapat menahan banyak negara di luar hanya dua. Qudit dalam penelitian ini mengkodekan informasi di lima negara bagian yang berbeda.
Di luar memperdalam pemahaman kita tentang dunia alami, komputer kuantum Qudit yang lebih cepat dan lebih hemat sumber daya dapat mempercepat aplikasi potensial perhitungan kuantum mulai dari penemuan obat hingga merancang bahan baru.
“Qudit memiliki potensi untuk sangat meningkatkan efisiensi sumber daya komputer kuantum dan dengan itu membawa aplikasi yang menarik lebih dekat dalam jangkauan,” kata Ringbauer.
“Ini adalah algoritma Qudit kompleks pertama,” kata Muschik. “Sebelumnya, beberapa blok bangunan dasar untuk komputer kuantum Qudit telah dikembangkan. Dalam pekerjaan ini, kami mengembangkan gerbang Qudit yang lebih baik, menyatukan semua bagian dan mengambil hasil untuk test drive di sekitar blok sehingga untuk berbicara; dan melaju dengan baik.”
Model standar fisika partikel menjelaskan materi dan kekuatan yang membentuk dunia kita pada tingkat atom dan menggambarkan partikel dan antipartikel yang berinteraksi dengan medan listrik dan magnet. Tetapi banyak pertanyaan penting dalam fisika modern masih belum dapat dijawab, bahkan dengan superkomputer terbesar saat ini.
“Kelas -kelas masalah besar dalam model standar fisika partikel tidak dapat diakses oleh metode komputasi standar, dan inilah mengapa sains secara fundamental hambatan untuk mengetahui apa yang dapat dilakukan oleh alam. Tetapi pemrograman komputer kuantum dapat menjawab pertanyaan sains modern di mana kita tidak dapat membuat terobosan saat ini,” kata Muschik. “Komputer kuantum dapat membantu kita memahami apa yang diizinkan dan dimungkinkan dalam model standar fisika partikel.”
Tetapi hambatan umum dengan komputer kuantum qubit adalah sirkuit panjang dan perhitungan. Menggunakan Qudits, IQC dan peneliti University of Innsbruck membuat sirkuit sepuluh kali lebih kecil dari rekan Qubit -nya.
“Efisiensi sumber daya adalah kunci dan Qudit adalah jalan yang menjanjikan untuk itu,” kata Ringbauer.
Naomi Grosman
