Para peneliti telah mengembangkan prosesor berbasis cahaya inovatif yang meningkatkan efisiensi dan skalabilitas komputasi dan komunikasi kuantum. Dengan meminimalkan kehilangan cahaya, prosesor ini menjanjikan kemajuan signifikan dalam transmisi data yang aman dan aplikasi penginderaan. Kredit: SciTechDaily.com
Sebuah tim ilmuwan telah menciptakan prosesor kuantum berbasis cahaya yang dapat diprogram ulang, mengurangi kehilangan cahaya dan memungkinkan kemajuan teknologi komputasi kuantum dan komunikasi yang aman.
Para ilmuwan telah menciptakan prosesor berbasis cahaya pertama di dunia yang dapat diprogram ulang, yang menurut mereka dapat mengantarkan era baru komputasi dan komunikasi kuantum.
Teknologi di bidang baru yang beroperasi pada tingkat atom telah memberikan manfaat besar bagi penemuan obat dan aplikasi skala kecil lainnya.
Di masa depan, komputer kuantum berskala besar menjanjikan kemampuan untuk memecahkan masalah kompleks yang tidak mungkin dilakukan dengan komputer saat ini.
Peneliti utama Profesor Alberto Peruzzo dari RMIT University di Australia mengatakan prosesor tim – sebuah perangkat fotonik, yang menggunakan partikel cahaya untuk membawa informasi – dapat membantu mewujudkan komputasi kuantum yang sukses, dengan meminimalkan “kehilangan cahaya.”
Meningkatkan Efisiensi Kuantum
“Desain kami menjadikan komputer fotonik kuantum lebih efisien dalam hal kehilangan cahaya, yang sangat penting untuk menjaga komputasi tetap berjalan,” kata Peruzzo, yang mengepalai pusat keunggulan ARC untuk node Teknologi Komputasi dan Komunikasi Kuantum (CQC2T). di RMIT.
“Jika Anda kehilangan cahaya, Anda harus memulai kembali komputasi.”
Kemajuan potensial lainnya termasuk meningkatkan kemampuan transmisi data untuk sistem komunikasi yang “tidak dapat diretas” dan meningkatkan aplikasi penginderaan dalam pemantauan lingkungan dan layanan kesehatan, kata Peruzzo.
Prosesor berbasis cahaya yang dapat diprogram ulang dari tim. Kredit: Will Wright, Universitas RMIT
Prestasi Penelitian dan Pengembangan
Tim memprogram ulang prosesor fotonik dalam serangkaian percobaan, mencapai kinerja yang setara dengan 2.500 perangkat, dengan menerapkan voltase yang bervariasi. Hasil dan analisis mereka dipublikasikan di Komunikasi Alam.
“Inovasi ini dapat menghasilkan platform yang lebih kompak dan terukur untuk prosesor fotonik kuantum,” kata Peruzzo.
Yang Yang, penulis utama dan sarjana PhD RMIT, mengatakan perangkat ini “dapat dikontrol sepenuhnya,” memungkinkan pemrograman ulang yang cepat dengan konsumsi daya yang lebih rendah, dan menggantikan kebutuhan untuk membuat banyak perangkat yang disesuaikan.
“Kami secara eksperimental menunjukkan dinamika fisik yang berbeda pada satu perangkat,” katanya.
“Ini seperti memiliki saklar untuk mengontrol perilaku partikel, yang berguna untuk memahami dunia kuantum dan menciptakan teknologi kuantum baru.”
Inovasi Kolaboratif
Profesor Mirko Lobino dari Universitas Trento di Italia menciptakan perangkat fotonik inovatif, menggunakan kristal yang disebut litium niobate, dan Profesor Yogesh Joglekar dari Universitas Indiana Universitas Purdue Indianapolis di Amerika Serikat membawakan keahliannya dalam fisika benda terkondensasi.
Lithium niobate memiliki sifat optik dan elektro-optik yang unik, sehingga ideal untuk berbagai aplikasi di bidang optik dan fotonik.
“Kelompok saya terlibat dalam pembuatan perangkat ini, yang merupakan tantangan tersendiri karena kami harus membuat miniatur sejumlah besar elektroda di atas pandu gelombang untuk mencapai tingkat kemampuan konfigurasi ulang ini,” kata Lobino.
“Prosesor fotonik yang dapat diprogram menawarkan jalur baru untuk mengeksplorasi berbagai fenomena pada perangkat ini yang berpotensi membuka kemajuan luar biasa dalam teknologi dan sains,” kata Joglekar.
Memajukan Kontrol Kuantum
Sementara itu, tim Peruzzo juga telah mengembangkan sistem hybrid pertama di dunia yang menggabungkan pembelajaran mesin dengan pemodelan untuk memprogram prosesor fotonik dan membantu mengontrol perangkat kuantum.
Peruzzo mengatakan kontrol komputer kuantum sangat penting untuk memastikan hal tersebut ketepatan dan efisiensi pemrosesan data.
“Salah satu tantangan terbesar terhadap akurasi keluaran perangkat adalah kebisingan, yang menggambarkan gangguan dalam lingkungan kuantum yang memengaruhi kinerja qubit,” katanya.
Qubit adalah unit dasar komputasi kuantum.
“Ada banyak industri yang mengembangkan komputasi kuantum skala penuh, namun mereka masih berjuang dengan kesalahan dan inefisiensi yang disebabkan oleh kebisingan,” kata Peruzzo.
Upaya untuk mengendalikan qubit biasanya mengandalkan asumsi tentang apa itu kebisingan dan penyebabnya, kata Peruzzo.
“Daripada membuat asumsi, kami mengembangkan protokol yang menggunakan pembelajaran mesin untuk mempelajari kebisingan dan juga menggunakan pemodelan untuk memprediksi apa yang dilakukan sistem dalam menanggapi kebisingan,” ujarnya.
Dengan penggunaan prosesor fotonik kuantum, Peruzzo mengatakan metode hibrid ini dapat membantu komputer kuantum bekerja lebih tepat dan efisien, sehingga berdampak pada cara kita mengontrol perangkat kuantum di masa depan.
“Kami yakin metode hybrid baru kami berpotensi menjadi pendekatan kontrol utama dalam komputasi kuantum,” kata Peruzzo.
Penulis utama Dr. Akram Youssry, dari RMIT, mengatakan hasil dari pendekatan yang baru dikembangkan menunjukkan peningkatan yang signifikan dibandingkan metode pemodelan dan kontrol tradisional, dan dapat diterapkan pada perangkat kuantum lain di luar prosesor fotonik.
“Metode ini membantu kami mengungkap dan memahami aspek perangkat kami yang berada di luar model fisik teknologi ini,” ujarnya.
“Ini akan membantu kami merancang perangkat yang lebih baik lagi di masa depan.”
Karya ini diterbitkan di Informasi Kuantum Npj.
Prospek Masa Depan dan Potensi Komputasi Kuantum
Peruzzo mengatakan startup dalam komputasi kuantum dapat diciptakan berdasarkan desain perangkat fotonik dan metode kontrol kuantum yang dikembangkan timnya, yang akan terus mereka pelajari dalam hal aplikasi dan “potensi penuhnya.”
“Fotonik kuantum merupakan salah satu industri kuantum yang paling menjanjikan, karena industri fotonik dan infrastruktur manufaktur sudah sangat mapan,” ujarnya.
“Algoritme pembelajaran mesin kuantum memiliki potensi keunggulan dibandingkan metode lain dalam tugas tertentu, terutama ketika menangani kumpulan data yang besar.
“Bayangkan sebuah dunia dimana komputer bekerja jutaan kali lebih cepat dibandingkan saat ini, dimana kita dapat mengirimkan informasi dengan aman tanpa takut disadap, dan dimana kita dapat memecahkan masalah dalam hitungan detik yang saat ini membutuhkan waktu bertahun-tahun.
“Ini bukan sekedar khayalan – ini adalah potensi masa depan yang didukung oleh teknologi kuantum, dan penelitian seperti yang kami lakukan sedang membuka jalan tersebut.”
Referensi:
“Hamiltonian dimensi tinggi yang dapat diprogram dalam susunan pandu gelombang fotonik” oleh Yang Yang, Robert J. Chapman, Ben Haylock, Francesco Lenzini, Yogesh N. Joglekar, Mirko Lobino dan Alberto Peruzzo, 2 Januari 2024, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038/s41467-023-44185-z
“Identifikasi dan kontrol sistem kuantum kotak abu-abu eksperimental” oleh Akram Youssry, Yang Yang, Robert J. Chapman, Ben Haylock, Francesco Lenzini, Mirko Lobino dan Alberto Peruzzo, 13 Januari 2024, npj Informasi Kuantum.
DOI: 10.1038/s41534-023-00795-5
NewsRoom.id
