Komputer kuantum akan dibangun seperti LEGO

Komputer kuantum dapat melakukan perhitungan berdasarkan prinsip mekanika kuantum, dan diharapkan dapat mengungguli komputer klasik dalam jenis tugas pengoptimalan dan pemrosesan tertentu.

Meskipun fisikawan dan insinyur telah menunjukkan berbagai sistem komputasi kuantum selama beberapa dekade terakhir, penskalaan sistem ini secara andal sehingga dapat memecahkan masalah praktis sambil mengoreksi kesalahan yang muncul selama komputasi sejauh ini merupakan suatu tantangan.

Việc liên kết các qubit bên trong máy tính lượng tử vẫn là một vấn đề. — Menghubungkan qubit di dalam komputer kuantum masih menjadi masalah.

Membangun komputer kuantum sebagai perangkat tunggal yang terpadu terbukti sangat sulit. Mesin-mesin ini bergantung pada manipulasi jutaan qubit, unit dasar informasi kuantum, tetapi merakit sejumlah besar qubit tersebut menjadi satu sistem merupakan tantangan besar.

Sama seperti balok-balok LEGO kecil yang disusun untuk membentuk desain yang lebih besar dan lebih rumit, para peneliti dapat membangun modul-modul yang lebih kecil dan berkualitas lebih tinggi, lalu menghubungkannya bersama-sama untuk membentuk sistem kuantum yang lengkap.

Para peneliti di University of Illinois di Urbana-Champaign baru-baru ini memperkenalkan arsitektur kuantum modular baru yang memungkinkan penskalaan prosesor kuantum superkonduktor yang toleran terhadap kesalahan, skalabel, dan dapat dikonfigurasi ulang. Penskalaan yang toleran terhadap kesalahan sangat penting untuk mempertahankan efek kuantum dan kondisi yang diperlukan untuk melakukan komputasi kuantum jangka panjang.

Protokol kabel interkoneksi menghubungkan blok-blok qubit seperti balok LEGO.

Sistem yang mereka usulkan, disajikan dalam makalah yang diterbitkan di jurnal Nature Electronics , terdiri dari beberapa modul (yaitu perangkat qubit superkonduktor) yang dapat beroperasi secara independen dan terhubung ke modul lain melalui interkoneksi dan membentuk jaringan kuantum yang lebih besar.

Sederhananya, dengan koneksi ini, setiap qubit dalam sistem hanya perlu "plug and play" seperti kita menambahkan perangkat periferal ke komputer biasa. Jenis kabel interkoneksi ini juga mampu mengurangi kesalahan kalkulasi sistem hingga kurang dari 1%.

"Titik awal penelitian ini adalah pemahaman terkini di bidang komputasi kuantum superkonduktor bahwa kita perlu membagi prosesor menjadi beberapa perangkat independen – sebuah pendekatan yang kami sebut 'komputasi kuantum modular'," jelas Wolfgang Pfaff, salah satu penulis studi tersebut.

Dalam beberapa tahun terakhir, hal ini telah menjadi keyakinan populer, dan bahkan perusahaan seperti IBM pun sedang mengupayakannya. Penelitian ini dapat mewujudkan koneksi yang ramah rekayasa dengan pendekatan modular.

Intinya, Pfaff dan rekan-rekannya sedang merancang strategi untuk menghubungkan perangkat kuantum sekaligus meminimalkan penurunan sinyal atau kehilangan daya saat informasi kuantum ditransmisikan di antara perangkat-perangkat tersebut. Lebih lanjut, mereka ingin dapat dengan mudah menghubungkan, memutus, dan mengonfigurasi ulang perangkat-perangkat tersebut.

“Sederhananya, metode kami melibatkan penggunaan kabel koaksial superkonduktor berkualitas tinggi yang disebut resonator bus,” jelas Pfaff.

Mereka menghubungkan qubit kapasitif ke kabel melalui konektor khusus, menempatkan kabel sangat dekat (presisi sub-mm) ke qubit dan kemudian beberapa qubit jika terhubung ke kabel yang sama.

Pendekatan baru para peneliti untuk menciptakan jaringan kuantum modular memiliki keunggulan signifikan dibandingkan pendekatan sebelumnya untuk meningkatkan skala sistem kuantum.

Dalam pengujian awal, mereka menemukan bahwa metode ini memungkinkan mereka menghubungkan perangkat kuantum berbasis superkonduktor dengan aman dan melepaskannya kemudian tanpa merusaknya, tanpa menyebabkan kehilangan sinyal yang signifikan di gerbang kuantum.

“Dengan pendekatan kami, saya rasa kami memiliki peluang untuk membangun sistem kuantum yang dapat dikonfigurasi ulang dari awal, dengan opsi untuk, misalnya, ‘menyambungkan’ lebih banyak modul prosesor ke dalam jaringan perangkat kuantum seiring waktu,” tambah Pfaff.

"Saat ini kami sedang mengerjakan desain untuk melihat apakah kami dapat meningkatkan jumlah elemen yang terhubung, sehingga jaringan kami menjadi lebih besar. Kami juga sedang mencari cara untuk mengkompensasi kerugian dalam sistem dengan lebih baik dan membuat arsitekturnya kompatibel dengan koreksi kesalahan kuantum."