Tim Harvard Mencapai Tonggak Koreksi Kesalahan Besar

Metode yang dikembangkan oleh tim Harvard untuk mengurangi kesalahan mengatasi hambatan signifikan dalam peningkatan teknologi.

Teknologi komputasi kuantum, dengan potensi kecepatan dan efisiensi yang belum pernah terjadi sebelumnya, secara signifikan melampaui kemampuan superkomputer tercanggih yang ada saat ini. Namun, teknologi inovatif ini belum dikembangkan atau dikomersialkan secara luas, terutama karena keterbatasannya dalam koreksi kesalahan. Komputer kuantum, tidak seperti komputer klasik, tidak dapat memperbaiki kesalahan dengan menyalin data yang disandikan berulang kali. Para ilmuwan harus menemukan cara lain.

Sekarang, surat kabar baru sudah masuk Alami menggambarkan Harvard komputasi kuantum potensi platform untuk memecahkan masalah lama yang dikenal sebagai koreksi kesalahan kuantum.

Yang memimpin tim Harvard adalah pakar optik kuantum Mikhail Lukin, Profesor fisika Joshua dan Beth Friedman College dan salah satu direktur Harvard Quantum Initiative. Pekerjaan yang dilaporkan di Nature adalah kolaborasi antara Harvard, DENGAN, dan QuEra Computing yang berbasis di Boston. Yang juga terlibat adalah kelompok Markus Greiner, Profesor Fisika George Vasmer Leverett.

Platform Harvard yang Unik

Sebuah upaya yang sedang dilakukan selama beberapa tahun terakhir, platform Harvard dibangun di atas susunan atom rubidium yang sangat dingin dan terperangkap laser. Setiap atom bertindak sebagai bit — atau “qubit” sebagaimana disebut di dunia kuantum — yang dapat melakukan penghitungan dengan sangat cepat.

Inovasi utama tim ini adalah mengonfigurasi “susunan atom netral” untuk mengubah tata letaknya secara dinamis dengan menggerakkan dan menghubungkan atom – hal ini disebut “keterikatan” dalam istilah fisika – di tengah komputasi. Operasi yang melibatkan pasangan atom, yang disebut gerbang logika dua qubit, adalah satuan daya komputasi.

Menjalankan algoritma kompleks pada komputer kuantum memerlukan banyak gerbang. Namun, pengoperasian gerbang ini terkenal rawan kesalahan, dan akumulasi kesalahan membuat algoritme tidak berguna.

Dalam makalah terbaru mereka, tim melaporkan kinerja gerbang pengikatan dua qubit yang hampir sempurna dengan tingkat kesalahan yang sangat rendah. Untuk pertama kalinya, mereka menunjukkan kemampuan menjebak atom dengan tingkat kesalahan di bawah 0,5 persen. Dalam hal kualitas pengoperasian, hal ini menempatkan kinerja teknologi mereka setara dengan jenis platform komputasi kuantum terkemuka lainnya, seperti qubit superkonduktor dan qubit ion yang terperangkap.

Keunggulan dan Potensi Masa Depan

Namun, pendekatan Harvard memiliki keunggulan besar dibandingkan pesaingnya karena ukuran sistemnya yang besar, kontrol qubit yang efisien, dan kemampuan untuk mengkonfigurasi ulang tata letak atom secara dinamis.

“Kami telah menetapkan bahwa platform ini memiliki kesalahan fisik yang cukup rendah sehingga Anda dapat membayangkan perangkat berskala besar yang kesalahannya diperbaiki berdasarkan atom netral,” kata penulis pertama Simon Evered, seorang mahasiswa di Sekolah Pascasarjana Seni dan Sains Harvard Griffin di Lukin. . kelompok. “Tingkat kesalahan kami sekarang cukup rendah sehingga jika kami mengelompokkan atom ke dalam qubit logis – di mana informasi disimpan secara non-lokal di antara atom-atom penyusunnya – qubit logis yang dikoreksi kesalahan kuantum ini dapat memiliki kesalahan yang lebih rendah daripada atom individu.”

Kemajuan tim Harvard dilaporkan dalam terbitan Nature yang sama dengan inovasi lain yang dipimpin oleh mantan mahasiswa pascasarjana Harvard Jeff Thompson, sekarang di Universitas Princeton, dan mantan rekan pascadoktoral Harvard Manuel Endres, sekarang di Institut Teknologi California. Secara keseluruhan, kemajuan ini meletakkan dasar bagi algoritma koreksi kesalahan kuantum dan komputasi kuantum skala besar. Semua ini berarti bahwa komputasi kuantum pada susunan atom netral menunjukkan potensi penuhnya.

“Kontribusi ini membuka peluang yang sangat istimewa dalam komputasi kuantum yang dapat diskalakan dan mewakili masa yang sangat menarik bagi seluruh bidang ini di masa depan,” kata Lukin.

Referensi: “Gerbang keterikatan paralel dengan ketelitian tinggi dalam komputer kuantum atom netral” oleh Simon J. Evered, Dolev Bluvstein, Marcin Kalinowski, Sepehr Ebadi, Tom Manovitz, Hengyun Zhou, Sophie H. Li, Alexandra A. Geim, Tout T.; Wang, Nishad Mascara, Harry Levine, Giulia Semeghini, Markus Greiner, Vladan Vuletić dan Mikhail D. Lukin, 11 Oktober 2023, Alami.
DOI: 10.1038/s41586-023-06481-y

Penelitian ini didukung oleh Pusat Akselerator Sistem Kuantum Departemen Energi AS; Pusat Atom Ultradingin; Yayasan Sains Nasional; Inisiatif Penelitian Universitas Multidisiplin Kantor Penelitian Angkatan Darat; dan itu DARPA Optimasi dengan program Perangkat Quantum Skala Menengah yang Bising.