Berhasilnya Teleportasi Kuantum Antara 2 Qubit

Komputer kuantum adalah salah satu penerapan dari ilmu fisika kuantum. Komputer ini memiliki potensi besar untuk secara efektif dan efisien memecahkan masalah kompleks yang sulit dipecahkan dengan komputer biasa.

Bagaimanapun juga, merancang prosesor kuantum dalam skala besar sangatlah menantang karena rentan terjadinya error di sistem kuantum yang berbeda dengan error pada komputer biasa.

“Penghitungan kuantum diselesaikan dengan bit data yang disebut qubit yang rentan terhadap error,” ujar Professor Schoelkopf, ketua tim dari penelitian ini.

Qubit (singkatan dari quantum bit) sendiri adalah unit dasar informasi dalam komputer kuantum. Bedanya bit biasa dengan qubit adalah informasi yang ada di dalamnya. Bit hanya dapat membawa 1 informasi yakni apakah 1 atau 0, sementara qubit bisa mewakili beberapa informasi secara bersamaan.

Cara untuk menyikapi tantangan ini adalah dengan menggunakan modularitas, suatu strategi yang sering digunakan dalam bidang engineering untuk membuat sistem kompleks.

Peneliti dari Yale University mendemonstrasikan kunci dari pembuatan arsitektur untuk modular komputer kuantum. Mereka menyebut ini “teleportasi dari gerbang kuantum antara dua qubit”, seperti yang telah dipublikasikan dalam jurnal ilmiah berjudul Deterministic teleportation of a quantum gate between two logical qubits.

“Arsitektur modular kuantum terdiri dari beberapa modul yang berfungsi sebagai prosesor kuantum kecil yang jika saling terhubung akan membentuk suatu  prosesor kuantum besar,” ujar Professor Robert Schoelkopf dan Dr. Kevin Chou, beserta rekan kerjanya.

“Dalam arsitektur ini, modul terisolasi satu sama lain secara natural sehingga error pada sistem yang lebih besar dapat dicegah,” tambahnya.

Prinsip utama dibalik proyek baru ini adalah dengan menerapkan teleportasi kuantum, suatu keunikan dari mekanika kuantum.

Teleportasi kuantum adalah proses memindahkan materi/energi dari satu posisi ke posisi lain secara cepat dengan menggunakan prinsip mekanika kuantum, yaitu quantum entanglement.

Teleportasi kuantum ini sebelumnya telah digunakan untuk mentransmisikan 2 keadaan kuantum yang tidak diketahui tanpa mengirimkan keadaan itu sendiri secara fisik. Tetapi, teleportasi kuantum ini hingga kini belum juga direalisasikan sebagai suatu operasi deterministik.

konstruksi dari arsitektur modular dan teleportasi gerbang kuantum

Para peneliti tersebut mendemonstrasikan operasi kuantum (melalui eksperimen), tanpa bergantung dari interaksi langsung dengan menggunakan protokol teoretis yang dikembangkan di tahun 1990-an.

Protokol ini berpedoman pada entanglement, bersamaan dengan operasi lokal dan komunikasi klasik antara 2 sistem. Jika digabung, elemen-elemen ini dapat membedakan karakteristik informasi yang masuk lewat protokol teleportasi itu. Hal ini dapat menentukan informasi mana yang dikirim melalui saluran kuantum dan yang mana yang lewat saluran klasik.

demonstrasi dari teleportasi gerbang kuantum deterministik.
demonstrasi dari teleportasi gerbang kuantum deterministik.

Demonstrasi ini beroperasi pada qubit data yang dikodekan secara logistik. Qubit logis 2 dimensi dikodekan dalam dimensi lebih tinggi dengan sifat simetri. Tujuannya agar dapat terjadinya pendeteksian dan koreksi dari error, terutama pada kejadian photon-loss, yaitu error yang sering terjadi di sistem kuantum.

“Dalam eksperimen sistem kuantum, qubit logis dimonitor oleh qubit tambahan untuk mendeteksi dan memperbaiki error secara langsung,” ujarnya.

Selain secara logis, mereka juga mendemonstrasikan gerbang teleportasi dengan pengkodean Fock untuk menspesifikasikan qubit data. Karena bukan pengkodean logistik, maka cara ini tidak dapat membetulkan kesalahan kuantum. Tapi, dengan menspesifikasikan data,hal ini mempermudah mereka untuk mengekstrak qubit untuk diteleportasikan dengan alat yang ada.

Dr. Kevin Chou dan rekannya menjalankan 2 modul yang masing-masing terdiri atas cekungan microwave superkonduktor (sebagai qubit data) dan sebuah transmon (sebagai qubit komunikasi).

Setiap modulnya dihubungkan dengan JPC untuk hasil pengukuran transmon (qubit komunikasi) yang cepat dan berketelitian tinggi. Pada eksperimen ini, para peneliti berhasil mencapai ketelitian 99.4%.

Sebelum eksperimen, semua sistem berada di kondisi ground. Lalu, mereka menentukan kondisi awal dari qubit komunikasi untuk dikirim ke qubit data melalui pengkodean sebagai kondisi awal dari qubit data. Hal ini didesain agar qubit komunikasi bisa kembali ke posisi ground setelahnya, sehingga bisa melakukan teleportasi berikutnya.

Setelah proses teleportasi dilakukan, para peneliti menganalisa keadaan qubit logis dan mengekstrak fungsi wigner untuk menganalisa keadaan akhir.

Bulatan logical bloch pengkodean kode binomial. secara logis qubit data dikodekan dalam basis kode binomial dan fungsi wigner.
Bulatan logical bloch pengkodean kode binomial. secara logis qubit data dikodekan dalam basis kode binomial dan fungsi wigner.

Dibuatnya 6 kondisi sebelum dan sesudah rotasi untuk quantum process tomography, menghasilkan 1296 pengaturan. Setiap pengaturan terdiri dari 2500 pertengahan. Dan masing-masing error statistik yang diekstrak dari analisis bootstrap menjadi kurang dari 1%. Dengan demikian, eksperimen ini bisa dibilang berhasil.

Referensi.

1] Yale University. 2018. Researchers ‘teleport’ a quantum gate. Diakses dari https://m.phys.org/news/2018-09-teleport-quantum-gate.html pada tanggal 9 September 2018.

[2] News Staff/Source. 2018. Physicists Demonstrate ‘Teleportation’ of Quantum Gate between Two Qubits. Diakses dari http://www.sci-news.com/physics/quantum-gate-teleportation-06382.html pada tanggal 9 September 2018.

[3] Chou, Kevin S. dkk. 2018. Deterministic teleportation of a quantum gate between two logical qubits. Nature research letter.

Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar