By Kenna diposting 12 Sep 2022
Salah satu tantangan terbesar dalam mengembangkan komputer kuantum adalah kesalahan koreksiN. Kesalahan dalam komputasi kuantum cukup umum, terutama karena gangguan lingkungan dan kerapuhan sistem secara keseluruhan. Kesalahan ini dapat menyebabkan pengukuran yang tidak akurat dan memiringkan hasil pemrograman kuantum. Banyak perusahaan, seperti IBM dan Google, sedang mencari cara untuk memperbaiki kesalahan ini atau mengkalibrasi ulang komputer kuantum agar lebih tahan kesalahan. Dalam makalah baru dari Alam Komunikasi, sebuah tim dari Universitas Princeton menawarkan metode alternatif untuk koreksi kesalahan dengan melihat sistem yang dikenal sebagai "kesalahan penghapusan".
Apa itu Quantum Error Correction (QEC)?
Karena qubit, unit inti komputer kuantum, cukup banyak rapuh, mereka rentan terhadap kesalahan. “Masalah utama sekarang dalam komputasi kuantum adalah mendapatkan qubit kesetiaan tinggi yang cukup untuk mengimplementasikan koreksi kesalahan kuantum,” jelas Jeffrey Thompson, seorang profesor di Universitas Princeton dan peneliti utama dalam studi tersebut dalam sebuah wawancara dengan Di dalam Teknologi Kuantum. Untuk sebagian besar jenis koreksi kesalahan kuantum (QEC), sebuah algoritme digunakan untuk mengidentifikasi dan memperbaiki kesalahan dalam komputer kuantum. Sementara algoritma ini didasarkan pada pendekatan matematika, mereka jauh dari sempurna. Seperti yang dijelaskan Thompson: “Di standar koreksi kesalahan kuantum, Anda harus menentukan lokasi dan jenis kesalahan yang terjadi pada qubit Anda, dari sekumpulan pengamatan terbatas, yang dikenal sebagai pengukuran sindrom.” Meskipun pengukuran sindrom ini sangat membantu dalam menentukan kesalahan, namun tidak selalu mengarah pada koreksi kesalahan yang berhasil. “Koreksi kesalahan gagal ketika Anda tidak memiliki informasi yang cukup untuk membuat penentuan ini secara jelas, yang terjadi ketika ada terlalu banyak kesalahan,” tambah Thompson.
Menemukan Kesalahan Penghapusan
Alih-alih memperbaiki masalah ini dengan mengurangi jumlah kesalahan, Thompson dan timnya bekerja untuk membuat kesalahan lebih mudah diidentifikasi. Mereka menemukan ini hampir secara tidak sengaja saat mempelajari struktur ytterbium qubit. Dua elektron di kulit terluar ytterbium tampaknya menjadi kunci dalam membantu koreksi kesalahan. Menyelami penyebab fisik kesalahan, para peneliti mampu mengembangkan sistem di mana sumber kesalahan menghapus atau menghilangkan data yang tidak akurat. Sistem penghapusan bekerja dengan menghubungkan kesalahan kuantum dengan pergeseran energi elektron terluar. Thompson menyebut sistem khusus ini sebagai "kesalahan penghapusan", dan ini dapat membantu menunjukkan di mana data tidak akurat. "Kesalahan 'penghapusan' adalah jenis khusus yang mengungkapkan lokasinya sendiri, sehingga Anda dapat menggunakan lebih banyak informasi sindrom untuk mengetahui jenis kesalahannya," kata Thompson. “Ini memungkinkan Anda untuk menangani lebih banyak kesalahan, dan karenanya meningkatkan kinerja koreksi kesalahan.” Kesalahan penghapusan agak umum dalam komputasi klasik tetapi baru sekarang dipertimbangkan dalam komputasi kuantum.
Dengan menggunakan kesalahan penghapusan, para peneliti menemukan bahwa teknik baru mereka dapat menahan a 4.1% tingkat kesalahan, yang layak untuk komputer kuantum saat ini. Sistem sebelumnya hanya dapat menahan tingkat kesalahan 1% sebelum dibanjiri dengan persentase kesalahan yang lebih tinggi. Thompson percaya bahwa persentase yang lebih tinggi ini dapat membuat komputer kuantum yang lebih besar dengan lebih banyak qubit menjadi kenyataan. “Jika Anda memiliki qubit yang bias terhadap kesalahan penghapusan, Anda tidak memerlukan sebanyak itu, dan kinerjanya bisa lebih buruk,” tambah Thompson. “Untuk rentang parameter tertentu, qubit bias penghapusan mungkin memerlukan qubit 10 x atau bahkan 100x lebih sedikit untuk mencapai tingkat kinerja QEC tertentu dibandingkan dengan qubit konvensional.” Bagi banyak perusahaan yang ingin meningkatkan komputer kuantum mereka, sistem kesalahan penghapusan mungkin menjadi kunci untuk mencapai tujuan ini. “Dimungkinkan untuk mendesain ulang qubit yang ada secara halus untuk mencapai ini,” kata Thompson. "Ada banyak minat dalam ide ini."
Kenna Hughes-Castleberry adalah staf penulis di Inside Quantum Technology dan Science Communicator di JILA (kemitraan antara University of Colorado Boulder dan NIST). Ketukan tulisannya meliputi teknologi dalam, metaverse, dan teknologi kuantum. Anda dapat menemukan lebih banyak karyanya di situs webnya: https://kennacastleberry.com/
