Fisikawan di Center for Computational Quantum Physics di Flatiron Institute di New York City telah berhasil menciptakan fase materi yang luar biasa dan belum pernah dilihat sebelumnya. Meskipun hanya ada satu aliran waktu tunggal, fasa ini diuntungkan karena memiliki dua dimensi waktu. Penemuan ini menawarkan cara menyimpan informasi kuantum yang tidak terlalu rentan terhadap kesalahan.
Penulis utama studi Philipp Dumitrescu berkata, “Akibatnya, informasi dapat eksis tanpa menjadi kacau lebih lama, tonggak penting untuk dibuat komputasi kuantum giat."
Sangat penting bagi penginderaan dan komputasi kuantum untuk mencapai kontrol yang tepat atas keterikatan banyak benda kuantum. Menurut penelitian teoretis yang ekstensif, karakteristik ini dapat mengaktifkan fase dinamis dan fenomena kritis yang menunjukkan strategi yang kuat secara topologi untuk membangun, melindungi, dan mengelola keterikatan kuantum yang mengoreksi diri terhadap berbagai kesalahan. Namun hingga saat ini, hanya tatanan pemecah simetri konvensional (tidak terjerat) yang telah direalisasikan secara eksperimental.
Dalam karya ini, fisikawan mendemonstrasikan fase topologi terlindungi simetri dinamis yang muncul dalam rangkaian qubit hyperfine yang didorong secara quasiperiodik dalam prosesor kuantum ion-terjebak Model Sistem H1 Quantinuum. Fase ini menunjukkan edge qubit yang dilindungi secara dinamis dari kesalahan kontrol, cross-talk, dan stray field.
Penulis utama Philipp Dumitrescu berkata, “Penggunaan pendekatan dimensi waktu “ekstra” “adalah cara berpikir yang sama sekali berbeda fase materi. Saya telah mengerjakan ide-ide teori ini selama lebih dari lima tahun, dan melihatnya benar-benar terwujud dalam eksperimen sungguh mengasyikkan.
Qubit hiperhalus komputer kuantum tim adalah sepuluh ion atom dari unsur yang disebut ytterbium. Ion-ion ini ditahan secara terpisah oleh medan listrik yang dihasilkan oleh perangkap ion. Mereka juga dapat dimanipulasi atau diukur menggunakan pulsa laser.
Cara termudah untuk memahami metodologi mereka adalah dengan memikirkan objek lain yang dipesan tetapi tidak berulang: "kristal kuasi.” Mirip dengan segi enam di sarang lebah, struktur kristal tipikal teratur dan berulang. Meskipun quasicrystal masih menunjukkan keteraturan, polanya unik. Fakta bahwa quasicrystals adalah kristal dari dimensi yang lebih tinggi yang diproyeksikan, atau tergencet ke dalam dimensi yang lebih rendah, bahkan lebih membingungkan. Dimensi yang lebih tinggi ini bahkan dapat melebihi tiga dimensi ruang fisik: Ubin Penrose 2D, misalnya, adalah irisan kisi 5D yang diproyeksikan.
Untuk qubit, fisikawan mengusulkan pada tahun 2018 penciptaan quasicrystal dalam waktu, bukan ruang. Sementara pulsa laser periodik akan bergantian (A, B, A, B, A, B, dll.), mereka menciptakan rejimen pulsa laser kuasi-periodik berdasarkan deret Fibonacci. Setiap bagian urutan adalah jumlah dari dua bagian sebelumnya (A, AB, ABA, ABAAB, ABAABABA, dll.).
Mirip dengan quasicrystal, pola ini disusun tanpa pengulangan. Selain itu, ini adalah pola 2D yang diringkas menjadi satu dimensi, seperti quasicrystal. Secara teoritis, perataan dimensi ini mengarah pada simetri dua kali daripada satu: sistem menerima bonus simetri dari dimensi waktu tambahan fiktif.
Dumitrescu tersebut, “Dengan menggunakan komputer kuantum Quantinuum, para ahli pengalaman menguji teori tersebut. Mereka secara berkala memancarkan sinar laser ke qubit komputer dan menggunakan urutan berdasarkan angka Fibonacci. Fokusnya adalah pada qubit di kedua ujung jajaran 10 atom; di situlah para peneliti berharap untuk melihat fase baru materi yang mengalami kesimetrian dua kali sekaligus.”
“Dalam pengujian berkala, edge qubit tetap kuantum selama sekitar 1.5 detik — durasi yang mengesankan mengingat qubit berinteraksi kuat satu sama lain. Dengan pola kuasi-periodik, qubit tetap kuantum sepanjang percobaan, sekitar 5.5 detik. Itu karena simetri waktu ekstra memberikan perlindungan lebih.”
“Dengan urutan kuasi-periodik ini, evolusi yang rumit membatalkan semua kesalahan yang ada di tepi. Karena itu, edge tetap koheren secara mekanika kuantum lebih lama dari yang Anda harapkan.”
“Meskipun temuan menunjukkan bahwa fase materi baru dapat bertindak dalam jangka panjang informasi kuantum penyimpanan, para peneliti masih perlu mengintegrasikan fase dengan sisi komputasi komputasi kuantum secara fungsional. Kami memiliki aplikasi langsung yang menggiurkan ini, tetapi kami perlu menemukan cara untuk menghubungkannya ke dalam perhitungan. Itu masalah terbuka yang sedang kami kerjakan.”
Referensi Jurnal:
- Dumitrescu, PT, Bohnet, JG, Gaebler, JP dkk. Fase topologi dinamis diwujudkan dalam simulator kuantum ion-terperangkap. Alam 607–463 (467). DOI: 10.1038/s41586-022-04853-4
