Demonstrasi Lattice Surgery Memajukan Komputasi Kuantum Toleran Kesalahan

Sebuah tim ilmuwan, dipimpin oleh peneliti ETH Zurich, baru-baru ini menunjukkan cara untuk mengaitkan bit kuantum melalui lattice surgery. Proses ini memungkinkan insinyur membuat komputer kuantum yang lebih kuat, memperluas kemampuan perangkat ini yang sudah mengesankan dan membuka pintu untuk adopsi di masa depan. Berikut yang perlu Anda ketahui.

Apa yang Membuat Komputer Kuantum Berbeda Secara Fundamental

Komputer kuantum dipandang oleh banyak orang sebagai langkah selanjutnya dalam evolusi komputer. Perangkat ini dapat memberikan daya komputasi ribuan kali lebih besar, menjadikannya ideal untuk perhitungan ilmiah yang kompleks dan lainnya.

Komputer kuantum telah terbukti jauh lebih kuat daripada komputer tradisional. Mereka melampaui perangkat tradisional karena mengandalkan qubit, superposisi, keterikatan, dan interferensi untuk memproses informasi. Struktur ini memungkinkan pemrosesan jutaan komputasi secara paralel.

Mengapa Koreksi Kesalahan Kuantum Menjadi Kendala Utama

Namun, ketika menyimpan data kuantum, hal ini jauh lebih sulit dibandingkan bit tradisional, yang dapat diduplikasi dan disimpan. Saat diambil kembali, duplikat dapat dibandingkan untuk memastikan data tidak rusak.

Koreksi kesalahan kuantum jauh lebih rumit karena beberapa alasan. Pertama, qubit kuantum tidak dapat disalin dengan cara yang sama seperti bit tradisional. Sebaliknya, mereka mengandalkan keadaan terikat yang dibuat antara qubit. Keadaan rapuh ini dapat dengan mudah hancur.

Pembalikan Bit dan Pembalikan Fase

Selain itu, komputer kuantum harus menangani decoherence dan pergeseran fase. Komputer kuantum unik karena qubit dapat tiba-tiba dan tanpa peringatan mengubah fase mereka dari positif ke negatif. Masalah ini membuat penyimpanan data kuantum dalam jangka panjang menjadi lebih sulit.

Bagaimana Insinyur Memperbaiki Masalah Ini

Ada beberapa cara yang dilakukan insinyur untuk memperbaiki pergeseran kuantum ini. Salah satu metode populer adalah membuat qubit logis dari berbagai qubit lain. Setelah dibuat, insinyur akan terus menerapkan koreksi kesalahan untuk memastikan akurasi.

Proses ini mengharuskan ilmuwan terus-menerus mengukur keadaan stabilizer yang dirancang khusus. Stabilizer ini memungkinkan insinyur memantau setiap perubahan pada qubit tanpa mengubah nilainya. Mereka menyelesaikan tugas ini dengan menyediakan pembacaan bit dan fase yang dapat dilacak.

Proses ini menghasilkan qubit data. Qubit ini berfungsi untuk menyimpan keadaan koreksi. Masalah muncul karena kebanyakan komputer kuantum mengandalkan susunan dua dimensi qubit superkonduktor.

Qubit ini tetap terkunci di ruang dan tidak dapat dipindahkan tanpa merusak keadaan kuantum. Stabilizer membantu menjaga stabilitas. Namun, mereka hanya dapat bekerja pada qubit yang berdekatan satu sama lain, artinya mereka ideal hanya untuk aplikasi qubit dua dimensi dan sangat terbatas dalam penggunaannya.

Studi Lattice Surgery pada Bit Kuantum

Untuk meningkatkan kemampuan komputasi kuantum, ilmuwan dari ETH Zurich dan Paul Scherrer Institute menerbitkan studi “Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits”¹ di Nature Physics.

Makalah ini memperkenalkan metodologi baru untuk keterikatan kuantum dan stabilizer. Pendekatan baru mereka memungkinkan komputer kuantum melakukan operasi kuantum antara qubit logis superkonduktor sambil melakukan koreksi kesalahan waktu nyata.

Apa Itu Lattice Surgery dalam Komputasi Kuantum?

Inti dari pengembangan baru ini adalah lattice surgery. Lattice surgery menyambungkan kode topologis di antara qubit logis. Pendekatan ini mendukung susunan qubit 2D bersamaan dengan operasi gerbang toleran kesalahan.

Dengan menggunakan lattice surgery, insinyur dapat menerapkan gerbang logika antara qubit yang terkodekan meskipun tidak berdekatan. Strategi ini menghindari kontak langsung qubit, mengurangi kesalahan akibat decoherence.

Lattice surgery bergantung pada penggunaan patch, yaitu qubit dengan stabilizer yang diterapkan. Proses ini menenun gerbang-gerbang tersebut secara sementara, memungkinkan pemeriksaan paritas dan ruang kode yang lebih besar untuk pemrosesan. Secara khusus, pekerjaan ini merupakan salah satu demonstrasi eksperimental pertama dari lattice surgery yang dilakukan antara qubit logis terkodekan menggunakan perangkat keras surface-code superkonduktor sambil mempertahankan koreksi kesalahan waktu nyata selama operasi.

Bagaimana Eksperimen Lattice Surgery Dilakukan

Insinyur melakukan beberapa pengujian untuk memastikan perhitungan mereka benar. Pertama, tim membuat perangkat kuantum. Gerbang logika terdiri dari 17 qubit superkonduktor yang disusun dalam bentuk persegi kasar.

Setelah mengaitkan dua qubit, insinyur memfokuskan pada operasi pemisahan. Untuk melakukannya, mereka mengkodekan qubit logis dengan pengulangan pembalikan bit. Mereka kemudian memantau hasil stabilizer setiap 1,66 mikrodetik sambil melakukan koreksi pembalikan bit dan fase.

Metode ini membagi persegi kode permukaan menjadi dua bagian, memudahkan pelacakan dan pengujian. Secara tajam, hasil pengujian menunjukkan bahwa teori mereka benar.

Lattice Surgery pada Bit Kuantum – Hasil Pengujian

Insinyur mencatat bahwa kesalahan pembalikan bit diperbaiki secara waktu nyata. Mereka mencatat peningkatan dibandingkan sirkuit yang tidak terkodekan yang diproses dengan cara yang sama, dengan hasil bahwa insinyur berhasil membuat dua qubit logis yang terikat satu sama lain.

Manfaat Lattice Surgery pada Bit Kuantum

Ada banyak manfaat yang dibawa studi ini ke pasar. Pertama, ini membuka pintu bagi komputer kuantum yang lebih kuat dan akurat. Kemampuan untuk mengurangi dan mengkodekan toleransi kesalahan serta koreksi ke dalam perangkat ini akan memungkinkan iterasi masa depan memberikan kinerja dan stabilitas yang lebih tinggi.

Lattice Surgery pada Bit Kuantum: Aplikasi Dunia Nyata & Timeline

Ada beberapa aplikasi untuk pekerjaan ini. Utamanya, penelitian ini akan membantu memperluas dan meningkatkan sektor komputer kuantum yang sedang berkembang. Ini memberikan tingkat stabilitas baru pada perangkat ini, memungkinkan insinyur menciptakan unit yang lebih kuat yang mengandalkan lebih banyak qubit untuk menjalankan operasi.

Timeline Lattice Surgery pada Bit Kuantum

Menurut insinyur, masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan sebelum teknologi ini siap dan diterapkan pada perangkat kuantum canggih saat ini. Namun, Anda dapat mengharapkan teknologi ini diterapkan pada sektor dalam 7-10 tahun ke depan, bersamaan dengan adopsi komputer kuantum yang lebih luas.

Lattice Surgery pada Bit Kuantum: Peneliti

Peneliti dari beberapa institusi terkemuka berpartisipasi dalam studi ini. Secara khusus, Profesor D-PHYS Andreas Wallraff memimpin makalah penelitian sementara Profesor Markus Müller dari RWTH Aachen University dan Forschungszentrum Jülich menjadi co-penulis karya tersebut.

Makalah tersebut juga mencantumkan Ilya Besedin, Michael Kerschbaum, Jonathan Knoll, Ian Hesner, Lukas Bödeker, Luis Colmenarez, Luca Hofele, Nathan Lacroix, Christoph Hellings, François Swiadek, Alexander Flasby, Mohsen Bahrami Panah, dan Dante Colao Zanuz sebagai kontributor.

Masa Depan Lattice Surgery pada Bit Kuantum

Masa depan teknologi ini cerah. Tujuannya adalah mengintegrasikannya dengan terobosan terbaru lainnya untuk membantu insinyur mencapai tujuan keseluruhan mereka membangun komputer kuantum yang berguna yang mengandalkan ribuan qubit bukan puluhan.

Berinvestasi dalam Inovasi Kuantum

Sektor komputasi kuantum didominasi oleh beberapa perusahaan riset yang telah menginvestasikan jutaan dolar ke dalam teknologi ini. Kelompok ini terus menyelami teknologi ini dengan semangat inovatif, membantu menemukan pendekatan yang sebelumnya dianggap tidak mungkin. Berikut satu perusahaan yang telah membantu mendorong perkembangan dan adopsi di masa depan.

Rigetti Computing

Rigetti Computing (RGTI ) didirikan pada tahun 2013 oleh Chad Rigetti dengan tujuan khusus membangun komputer kuantum paling kuat di dunia menggunakan teknologi qubit superkonduktor. Tidak seperti IonQ, yang menggunakan ion terperangkap, fokus Rigetti pada sirkuit superkonduktor lebih selaras dengan penelitian ETH Zurich yang melibatkan lattice surgery pada qubit logis superkonduktor.

Pada 2018, Rigetti menunjukkan chip 128-qubit, dan perusahaan sejak itu mempelopori pengembangan komputasi kuantum “Full-Stack”. Ini mencakup fasilitas Fab-1, foundry kuantum pertama di dunia yang didedikasikan, tempat mereka merancang dan memproduksi prosesor kuantum mereka sendiri.

Rigetti telah membuat kemajuan signifikan dalam komputasi hibrida kuantum-klasik. Platform Quantum Cloud Services (QCS)-nya mengintegrasikan prosesor kuantum dengan infrastruktur klasik berperforma tinggi, sebuah kebutuhan untuk koreksi kesalahan waktu nyata yang dibahas dalam penelitian saat ini. Pada 2021, Rigetti go public melalui merger dengan Supernova Partners Acquisition Company II, terdaftar di NASDAQ.

Saat ini, Rigetti secara aktif mengembangkan sistem kelas Ankaa, yang menggunakan lattice persegi coupler yang dapat disetel. Arsitektur ini dirancang khusus untuk mendukung jenis operasi toleran kesalahan dan pengkodean qubit logis yang ditunjukkan dalam studi terbaru ETH Zurich.

Berita dan Kinerja Terbaru Rigetti Computing (RGTI)

Lattice Surgery pada Bit Kuantum | Kesimpulan

Komputer kuantum menjanjikan daya komputasi tak tertandingi, tetapi kerapuhannya membuatnya terlalu mahal bagi kebanyakan orang untuk digunakan atau dimiliki. Karya terbaru ini akan membantu menstabilkan perangkat ini, membawa dunia selangkah lebih dekat ke opsi yang terjangkau dan dapat diandalkan. Karena alasan ini dan lainnya, insinyur ini pantas mendapatkan tepuk tangan berdiri.

Pelajari terobosan komputer kuantum lainnya di sini.

Referensi

^{1. Besedin, I., Kerschbaum, M., Knoll, J., Hesner, I., Bödeker, L., Colmenarez, L., Hofele, L., Lacroix, N., Hellings, C., Swiadek, F., Flasby, A., Bahrami Panah, M., Colao Zanuz, D., Müller, M., & Wallraff, A. (2026). Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits. Nature Physics, 1-6. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03090-6}