Oxford University Memperkenalkan Komputasi Kuantum Terdistribusi

PARA ilmuwan di Oxford University Physics menunjukkan contoh pertama dari komputasi kuantum terdistribusi. Menggunakan antarmuka jaringan fotonik, mereka berhasil menghubungkan dua prosesor kuantum terpisah untuk membentuk satu komputer kuantum yang sepenuhnya terhubung, membuka jalan untuk mengatasi tantangan komputasi yang sebelumnya tidak terjangkau. Hasil penelitian ini dipublikasikan di jurnal Nature.

Terobosan ini mengatasi "masalah skalabilitas" dalam komputasi kuantum: sebuah komputer kuantum yang cukup kuat untuk mengubah industri harus mampu memproses jutaan qubit. Namun, memuat semua prosesor ini dalam satu perangkat akan membutuhkan mesin dengan ukuran yang sangat besar. 

Dalam pendekatan baru ini, perangkat kuantum kecil dihubungkan bersama, memungkinkan komputasi didistribusikan di seluruh jaringan. Secara teori, tidak ada batasan jumlah prosesor yang dapat ada dalam jaringan ini.

Arsitektur skalabel ini didasarkan pada modul-modul yang masing-masing hanya mengandung sejumlah kecil qubit ion terperangkap (pembawa informasi kuantum pada skala atom). Modul-modul ini dihubungkan menggunakan serat optik dan menggunakan cahaya (foton) daripada sinyal listrik untuk mentransmisikan data di antara mereka. 

Tautan fotonik ini memungkinkan qubit di modul yang terpisah untuk terjerat, memungkinkan logika kuantum dilakukan di seluruh modul menggunakan teleportasi kuantum.

Meskipun teleportasi kuantum dari keadaan dicapai sebelumnya, penelitian ini adalah demonstrasi pertama dari teleportasi kuantum gerbang logika (komponen minimum dari algoritma) di seluruh tautan jaringan. Menurut para peneliti, ini dapat membuka jalan untuk 'internet kuantum' di masa depan, di mana prosesor yang terpisah dapat membentuk jaringan ultra-amannya untuk komunikasi, komputasi, dan penginderaan.

Dougal Main, pimpinan penelitian dari Oxford University Physics, mengatakan: "Demonstrasi sebelumnya dari teleportasi kuantum telah fokus pada transfer keadaan kuantum antara sistem yang terpisah secara fisik. Dalam studi, kami menggunakan teleportasi kuantum untuk menciptakan interaksi antara sistem-sistem yang terpisah ini." 

"Dengan hati-hati mengatur interaksi ini, kami dapat melakukan gerbang kuantum logika -- operasi dasar dari komputasi kuantum -- di antara qubit yang terletak di komputer kuantum yang terpisah. Terobosan ini memungkinkan kami untuk secara efektif 'menyambungkan' prosesor kuantum yang berbeda menjadi satu komputer kuantum yang sepenuhnya terhubung," ungkap Main.

Konsep ini mirip dengan cara kerja superkomputer tradisional. Superkomputer terdiri dari komputer-komputer kecil yang saling terhubung untuk mencapai kemampuan yang lebih besar daripada setiap unit terpisah. Strategi ini mengatasi banyak hambatan rekayasa yang terkait dengan memuat jumlah qubit yang semakin besar ke dalam satu perangkat, sambil mempertahankan sifat kuantum yang rapuh yang dibutuhkan untuk komputasi yang akurat dan kuat.

"Dengan menghubungkan modul-modul menggunakan tautan fotonik, sistem ini mendapatkan fleksibilitas yang berharga, memungkinkan modul-modul untuk ditingkatkan atau diganti tanpa mengganggu seluruh arsitektur," ungkap Main.

Para peneliti menunjukkan efektivitas metode ini dengan mengeksekusi algoritma pencarian Grover. Metode kuantum ini mencari item tertentu dalam dataset besar yang tidak terstruktur jauh lebih cepat daripada komputer biasa, dengan menggunakan fenomena kuantum seperti superposisi dan keterjeratan untuk mengeksplorasi banyak kemungkinan secara paralel. 

Demonstrasi yang sukses ini menegaskan bagaimana pendekatan terdistribusi dapat memperluas kemampuan kuantum melampaui batas perangkat tunggal, membuka jalan bagi komputer kuantum skalabel dan berkinerja tinggi yang cukup kuat untuk menjalankan perhitungan dalam hitungan jam yang akan memakan waktu bertahun-tahun bagi superkomputer saat ini untuk diselesaikan.

Profesor David Lucas, peneliti utama tim penelitian dan ilmuwan utama untuk UK Quantum Computing and Simulation Hub, yang dipimpin dari Oxford University Physics, mengatakan: "Eksperimen kami menunjukkan bahwa pemrosesan informasi kuantum terdistribusi jaringan adalah hal yang mungkin dilakukan dengan teknologi saat ini. Meningkatkan skala komputer kuantum tetap menjadi tantangan teknis yang besar yang kemungkinan memerlukan wawasan fisika baru serta upaya rekayasa intensif dalam beberapa tahun mendatang." (Sciance Daily/Z-3)