Para peneliti UC Riverside telah mengembangkan simulator kuantum yang menggunakan pusat spin untuk mempelajari fase magnetik, yang berpotensi memajukan penyimpanan informasi dan memungkinkan komputasi kuantum pada suhu ruangan. Kredit: SciTechDaily.com
Teknologi baru dapat meningkatkan metode penyimpanan dan pemindahan data.
Komputasi kuantum menggunakan prinsip-prinsip mekanika kuantum untuk mengatasi tantangan kompleks di berbagai bidang, termasuk kedokteran dan pembelajaran mesinyang melampaui kemampuan komputer tradisional. Simulator kuantum, yang terdiri dari unit kuantum yang dapat diprogram dan berinteraksi, memungkinkan ilmuwan untuk mensimulasikan model kompleks dari dunia fisik. Dengan menyesuaikan interaksi ini dan mengamati perilaku simulator, peneliti dapat memperoleh wawasan tentang model ini dan, secara tidak langsung, dunia nyata.
Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Ulasan Fisik Bdan dipilih oleh jurnal sebagai saran editor, tim peneliti yang dipimpin UC Riverside telah mengusulkan rantai objek magnetik kuantum, yang disebut pusat spin, yang, dengan adanya medan magnet eksternal, dapat mensimulasikan secara kuantum berbagai fase magnetik materi serta transisi antara fase-fase ini.
“Kami tengah merancang perangkat baru yang menampung pusat spin dan dapat digunakan untuk mensimulasikan dan mempelajari fenomena fisik menarik yang tidak dapat dipelajari sepenuhnya dengan komputer klasik,” kata Shan-Wen Tsai, seorang profesor fisika dan astronomi, yang memimpin tim peneliti tersebut. “Pusat spin dalam material solid-state merupakan objek kuantum terlokalisasi dengan potensi besar yang belum dimanfaatkan untuk desain simulator kuantum baru.”
Foto menunjukkan Shan-Wen Tsai (kiri) dan Troy Losey. Kredit: Tsai Lab, UC Riverside
Menurut Troy Losey, mahasiswa pascasarjana Tsai dan penulis pertama makalah tersebut, kemajuan dalam perangkat tersebut dapat memungkinkan penelitian tentang cara yang lebih efisien untuk menyimpan dan mentransfer informasi, serta mengembangkan metode yang dibutuhkan untuk membuat komputer kuantum suhu ruangan.
“Kami memiliki banyak ide tentang cara meningkatkan simulator kuantum berbasis pusat spin dibandingkan dengan perangkat yang diusulkan sebelumnya,” katanya. “Menggunakan ide-ide baru ini dan mempertimbangkan pengaturan pusat spin yang lebih kompleks dapat membantu menciptakan simulator kuantum yang mudah dibangun dan dioperasikan, sekaligus tetap mampu mensimulasikan fisika baru dan bermakna.”
Di bawah ini, Tsai dan Losey menjawab beberapa pertanyaan tentang penelitian tersebut:
T: Apa itu simulator kuantum?
Tsai: Ini adalah perangkat yang memanfaatkan perilaku mekanika kuantum yang tidak biasa untuk mensimulasikan fisika menarik yang terlalu sulit untuk dihitung dengan komputer biasa. Tidak seperti komputer kuantum yang beroperasi dengan qubit dan operasi gerbang universal, simulator kuantum dirancang secara individual untuk mensimulasikan/memecahkan masalah tertentu. Dengan mengorbankan kemampuan pemrograman universal komputer kuantum demi memanfaatkan kekayaan interaksi kuantum dan susunan geometris yang berbeda, simulator kuantum mungkin lebih mudah diimplementasikan dan menyediakan aplikasi baru untuk perangkat kuantum, yang relevan karena komputer kuantum belum berguna secara universal.
Pusat rotasi adalah suatu bentuk atomObjek magnetik kuantum berukuran 1,5 inci yang dapat ditempatkan di dalam kristal. Objek ini dapat menyimpan informasi kuantum, berkomunikasi dengan pusat spin lainnya, dan dikendalikan oleh laser.
T: Apa saja aplikasi dari karya ini?
Losey: Kita dapat membangun simulator kuantum yang diusulkan untuk mensimulasikan fase magnetik materi yang eksotis dan transisi fase di antara fase-fase tersebut. Transisi fase ini sangat menarik karena pada transisi ini perilaku sistem yang sangat berbeda menjadi identik, yang menyiratkan bahwa ada fenomena fisik mendasar yang menghubungkan sistem-sistem yang berbeda ini.
Teknik yang digunakan untuk membangun perangkat ini juga dapat digunakan untuk komputer kuantum berbasis spin-center, yang merupakan kandidat utama untuk komputer kuantum suhu ruangan, sedangkan sebagian besar komputer kuantum memerlukan suhu yang sangat dingin agar dapat berfungsi. Lebih jauh, perangkat kami mengasumsikan bahwa spin-center tersusun dalam garis lurus, tetapi memungkinkan spin-center tersusun dalam susunan hingga 3 dimensi. Hal ini dapat memungkinkan studi perangkat informasi berbasis spin yang lebih efisien daripada metode yang saat ini digunakan oleh komputer.
Karena simulator kuantum lebih mudah dibuat dan dioperasikan daripada komputer kuantum, saat ini kita dapat menggunakan simulator kuantum untuk memecahkan masalah tertentu yang tidak dapat dipecahkan oleh komputer biasa, sambil menunggu komputer kuantum menjadi lebih canggih. Namun, ini tidak berarti bahwa simulator kuantum tidak memiliki tantangan, karena kita baru saja mendekati kemampuan untuk memanipulasi pusat spin, menumbuhkan kristal murni, dan beroperasi pada suhu rendah yang diperlukan untuk membangun simulator kuantum yang kami usulkan.
Referensi: “Simulasi kuantum model spin-12 XYZ menggunakan pusat spin solid-state” oleh Troy Losey, Denis R. Candido, Jin Zhang, Y. Meurice, Michael E. Flatté dan S.-W. Tsai, 8 Juli 2024, Ulasan Fisik B.
Nomor Identifikasi Populasi: 10.1103/PhysRevB.110.014413
NewsRoom.id
