Chip Optik Memungkinkan Pendekatan Baru Komputasi Quantum

Livejurnal69 - Sebuah kelompok riset internasional yang dipimpin oleh para ilmuwan dari University of Bristol telah mengembangkan pendekatan baru untuk komputasi kuantum yang segera dapat digunakan untuk melakukan perhitungan rumit yang tidak dapat dilakukan oleh komputer saat ini.

Para ilmuwan dari Bristol Pusat Quantum Photonics telah mengembangkan sebuah chip silikon yang bisa digunakan untuk melakukan perhitungan yang kompleks dan simulasi menggunakan partikel kuantum dalam waktu dekat. Para peneliti percaya bahwa perangkat mereka merupakan rute baru ke komputer kuantum - jenis kuat komputer yang menggunakan bit kuantum (qubit) daripada bit konvensional yang digunakan di komputer saat ini.

Tidak seperti bit konvensional atau transistor, yang dapat dalam salah satu dari hanya dua negara pada satu waktu (1 atau 0), qubit dapat di beberapa negara pada saat yang sama dan karenanya dapat digunakan untuk menyimpan dan memproses jumlah yang jauh lebih besar informasi pada tingkat yang lebih besar.

"Dipercaya secara luas bahwa komputer kuantum tidak akan menjadi kenyataan bagi setidaknya 25 tahun," kata Profesor Jeremy O'Brien, Direktur Pusat Quantum Photonics. "Namun, kami yakin, menggunakan teknik baru kami, sebuah komputer kuantum bisa, dalam waktu kurang dari sepuluh tahun, akan melakukan perhitungan yang berada di luar kemampuan komputer konvensional."

Teknik yang dikembangkan di Bristol menggunakan dua partikel identik cahaya (foton) bergerak sepanjang jaringan sirkuit dalam sebuah chip silikon untuk melakukan eksperimen yang dikenal sebagai kuantum berjalan kaki. Quantum berjalan percobaan menggunakan satu foton telah dilakukan sebelumnya dan bahkan dapat dimodelkan persis dengan fisika gelombang klasik. Namun, ini adalah pertama kalinya berjalan kaki kuantum telah dilakukan dengan dua partikel dan implikasi yang sangat luas.

"Menggunakan sistem dua-foton, kita dapat melakukan perhitungan yang eksponensial lebih kompleks daripada sebelumnya," kata O'Brien. "Ini sangat awal dari sebuah bidang baru dalam ilmu informasi kuantum dan akan membuka jalan untuk kuantum komputer yang akan membantu kita memahami masalah ilmiah yang paling kompleks."

Dalam jangka pendek, tim mengharapkan untuk menerapkan hasil baru mereka dengan segera untuk mengembangkan alat simulasi baru di laboratorium mereka sendiri. Dalam jangka panjang, sebuah komputer kuantum yang didasarkan pada berjalan kaki multi-foton kuantum dapat digunakan untuk mensimulasikan proses yang diatur sendiri oleh mekanika kuantum, seperti superkonduktivitas dan fotosintesis.

"Teknik kami dapat meningkatkan pemahaman kita tentang proses-proses penting tersebut dan membantu, misalnya, dalam pengembangan sel surya lebih efisien," tambah O'Brien. Aplikasi lain mencakup pengembangan mesin pencari ultra-cepat dan efisien, merancang material berteknologi tinggi dan obat-obatan baru.

Lompatan dari menggunakan satu foton untuk dua foton tidak sepele karena kedua partikel harus identik dalam segala hal dan karena cara partikel-partikel ini mengganggu, atau berinteraksi, satu sama lain. Tidak ada analog langsung dari interaksi ini luar fisika kuantum.

"Sekarang kita langsung bisa menyadari dan mengamati dua-foton kuantum berjalan, yang pindah ke sebuah foton tiga-, atau multi-foton, perangkat relatif mudah, tetapi hasilnya akan sama seperti menarik" kata O'Brien. "Setiap kali kita menambahkan foton, kompleksitas masalah kita mampu memecahkan meningkat secara eksponensial, jadi jika berjalan kaki kuantum satu-foton memiliki 10 hasil, sistem dua-photon dapat memberikan 100 hasil dan sistem tiga-foton 1000 solusi dan seterusnya. "

Kelompok, yang mencakup peneliti dari Tohoku University, Jepang, Institut Weizmann di Israel dan University of Twente di Belanda, kini berencana untuk menggunakan chip untuk melakukan simulasi kuantum mekanik. Para peneliti juga berencana untuk meningkatkan kompleksitas eksperimen mereka tidak hanya dengan menambahkan foton lebih tetapi juga dengan menggunakan sirkuit lebih besar.

Penelitian ini dipublikasikan di jurnal Science