Fisikawan di Universitas Sydney telah mencapai terobosan Komputasi kuantum dengan membuat gerbang logika universal menjadi satu atom.
Menggunakan sistem koreksi kesalahan yang kuat yang dikenal sebagai kode Gottesman-Kititaev-preskill (GKP) yang sering disebut “batu rosetta” dari komputasi kuantum-mereka berhasil melibatkan getaran ion yang terperangkap. Prestasi ini secara drastis mengurangi jumlah quabit fisik yang dibutuhkan, menangani salah satu hambatan terbesar dalam penskalaan komputer kuantum dan membawa mesin kuantum skala besar yang secara praktis lebih dekat dengan kenyataan.
Melawan kesalahan kuantum pada skala
Membangun komputer kuantum yang besar dan andal adalah salah satu tantangan terberat dalam sains. Hambatan utama adalah kesalahan acak yang terjadi ketika bit kuantum, atau qubit, melakukan operasi.
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 baik dan memberikan hasil yang bermakna.
Namun, semakin banyak qubit logis ditambahkan, semakin banyak qubit fisik diperlukan untuk mendukungnya. Persyaratan tumbuh sangat cepat sehingga meningkat ke komputer kuantum yang benar -benar berguna untuk berubah menjadi mimpi buruk teknik besar.
Terobosan di University of Sydney
Para peneliti di Laboratorium Kontrol Kuantum di Sydney Nano University Institute 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 dalam satu atom, menggunakan kode yang memperbaiki kesalahan canggih yang sering digambarkan sebagai “batu rosetta” dari komputasi kuantum. Kode ini telah memperoleh nama panggilannya karena mengubah osilasi kuantum yang halus dan berkelanjutan menjadi keadaan terpisah, seperti digital. Terjemahan membuatnya lebih mudah untuk menemukan dan memperbaiki kesalahan, sambil juga memberikan cara yang ringkas dan efisien untuk mendorong qubit logis.
Kode GKP: Batu Rosetta untuk Komputasi Quantum
Kode Gottesman-Kititaev-Preskill (GKP) yang dinamai selama bertahun-tahun menawarkan kemungkinan teoretis untuk secara signifikan mengurangi jumlah fisik qubit yang diperlukan untuk menghasilkan 'quubit logis' yang berfungsi. Meskipun dengan efisiensi perdagangan kompleksitas, membuat kode sangat sulit dikendalikan.
Penelitian yang diterbitkan hari ini di Fisika Alami Menunjukkan ini sebagai realitas fisik, memanfaatkan osilasi alami ion yang terperangkap (atom Ytterbium yang diisi) untuk menyimpan kode GKP dan, untuk pertama kalinya, menyadari kuantum yang melibatkan gerbang di antara mereka.
Dipimpin oleh sesama Sydney Horizon Dr. Tingrei Tan di University of Sydney Nano Institute, para ilmuwan telah menggunakan kontrol indah mereka atas gerakan ion harmonik yang terperangkap untuk menjembatani kompleksitas pengkodean GKP Qubit, yang memungkinkan demonstrasi drifting mereka.
“Eksperimen kami telah menunjukkan realisasi pertama dari gerbang logis universal yang ditetapkan untuk GKP Qubit,” 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 GKP qubit individu atau melibatkan mereka sebagai mitra.”
Gerbang logika kuantum dan inovasi perangkat lunak
Logic Gate adalah sakelar informasi yang memungkinkan komputer – kuantum dan klasik – dapat diprogram untuk melakukan operasi logis. Gerbang logika kuantum menggunakan qubit tackling untuk menghasilkan jenis sistem operasional yang benar -benar berbeda dari yang digunakan dalam komputasi klasik, mendukung 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 lampiran 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 dalam setiap dimensi dijelaskan oleh mekanika kuantum dan masing -masing dianggap sebagai 'keadaan kuantum'. Dengan melibatkan dua status kuantum ini yang diwujudkan sebagai qubit, Mr. Matsos menciptakan gerbang logika hanya menggunakan satu atom, tonggak sejarah dalam teknologi kuantum.
Hasil ini sebagian besar mengurangi perangkat keras kuantum yang diperlukan untuk membuat gerbang logika ini, yang memungkinkan mesin kuantum diprogram.
Tan berkata, “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 -alat utama untuk memanipulasi lebih dari satu logis yang berhenti.
“Dengan menunjukkan gerbang kuantum universal menggunakan qubit ini, kami memiliki fondasi untuk bekerja menuju proses informasi kuantum skala besar dengan cara perangkat keras yang sangat efisien.”
Menuju mesin kuantum yang dapat dibuang dan efisien
Dalam tiga percobaan yang dijelaskan dalam makalah ini, Dr. Tan menggunakan ion ytterbium tunggal yang terkandung dalam apa yang dikenal sebagai Paul Trap. Ini menggunakan serangkaian laser kompleks pada suhu kamar untuk menahan satu atom dalam perangkap, memungkinkan getaran alami dikontrol dan digunakan untuk menghasilkan kode GKP yang kompleks.
Studi 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, 2125 Agustus, Agustus 2025, Fisika Alami.
Dua: 10.1038/S41567-025-03002-8
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan Buletin ScitechDaily.
NewsRoom.id
