Kristal waktu dapat membuka masa depan baru yang radikal bagi komputer kuantum: ScienceAlert

Jalan menuju supremasi kuantum diperumit oleh tantangan imajinatif – bagaimana cara mengangkat awan tanpa mengubah bentuknya?

Solusi potensial nampaknya sama imajinatifnya dengan masalahnya. Anda dapat mengarahkan awan untuk menari saat bergerak, mengikuti irama zat unik yang dikenal sebagai kristal waktu.

Krzysztof Gergel dan Krzysztof Sasha dari Jagiellonian University di Polandia dan Peter Hannaford dari Swinburne University of Technology di Australia berpendapat bahwa sirkuit “waktu” jenis baru mungkin mampu mempertahankan keadaan fuzzy qubit saat mereka melewati badai logika kuantum.

Tidak seperti deskripsi objek yang memiliki posisi dan gerakan yang jelas, perspektif kuantum dari partikel yang sama menggambarkan fitur seperti posisi, momentum, dan putarannya sebagai kemungkinan yang kabur.

“Awan” kemungkinan ini paling baik dipahami secara terpisah. Ketika sebuah partikel berinteraksi dengan lingkungannya, penyebaran probabilitasnya berubah seperti peluang seorang pelari memenangkan lari 100 meter di Olimpiade, hingga pada akhirnya hanya satu hasil yang diamati.

Sama seperti komputer klasik yang dapat menggunakan keadaan biner partikel sebagai saklar “on-off” di gerbang logika, komputer kuantum secara teoritis dapat mengeksploitasi penyebaran ketidakpastian dalam partikel untuk dengan cepat memecahkan algoritma jenis mereka sendiri, yang banyak di antaranya tidak praktis. atau bahkan tidak mungkin diselesaikan dengan cara kuno.

Tantangannya adalah menjaga potensi awan kuantum – yang disebut qubit – tetap koheren selama mungkin. Dengan setiap benturan, setiap hembusan elektromagnetik, terdapat peningkatan risiko kesalahan penghitungan angka.

Komputer kuantum praktis memerlukan ratusan, bahkan ribuan, qubit agar tetap utuh dalam jangka waktu lama, menjadikan sistem skala penuh sebagai tantangan besar.

Para peneliti telah mencari berbagai cara untuk membuat komputasi kuantum lebih kuat, baik dengan mengunci qubit individual untuk melindunginya dari dekoherensi, atau membangun jaring pengaman di sekitar qubit tersebut.

Fisikawan Gergel, Sascha, dan Hannaford kini telah menggambarkan pendekatan baru yang mengubah komputer kuantum menjadi simfoni qubit yang dipandu oleh tongkat jenis konduktor yang sangat aneh.

Kristal waktu adalah material yang berubah dalam pola berulang seiring waktu. Sistem “berdetak” ini telah diteorikan lebih dari satu dekade yang lalu, dan versinya telah dikembangkan menggunakan dorongan lembut laser dan gugus atom yang sangat dingin, di mana semburan cahaya mengirimkan partikel ke dalam fluktuasi periodik yang tidak sesuai dengan waktu laser.

Di kertas Dalam studi baru yang tersedia di server pratinjau arXiv, trio fisikawan mengusulkan penggunaan periodisitas unik kristal waktu sebagai dasar untuk sirkuit elektronik temporal jenis baru. Dengan menggunakan gelombang mikro untuk mengarahkan sejumlah besar qubit yang sarat informasi, periodisitas ini dapat membantu mengurangi tabrakan yang tidak disengaja yang menyebabkan banyak kesalahan.

Sirkuit temporal qubit yang terus-menerus melayang akan mempermudah mengarahkan hampir semua partikel komputer ke jalur lain, menjerat potensi kuantumnya dengan cara yang berguna, bukan dengan cara yang menyebabkan kesalahan.

Meskipun usulan tersebut masih bersifat teoretis, tim telah menunjukkan bagaimana fisika gugus ion kalium yang didinginkan hingga mendekati suhu absolut dan diarahkan oleh pulsa laser dapat menghasilkan “orkestra” qubit.

Menerjemahkan ide tersebut menjadi komputer kuantum yang praktis dan berskala besar akan membutuhkan inovasi dan eksperimen selama bertahun-tahun, jika bisa berhasil.

Tapi sekarang kita tahu bahwa setidaknya beberapa jenis kristal waktu ada dan dapat digunakan untuk tujuan praktis, tantangan membawa awan mungkin bukan tugas yang sulit.

Studi ini tersedia di server pra-peer review arXiv.