Komputer kuantum atom netral mendapat dorongan baru dari tim peneliti ETH Zurich lewat cara kerja gerbang kuantum yang lebih tahan gangguan. Pendekatan ini menarget salah satu titik lemah terbesar di bidang komputasi kuantum, yaitu operasi antarqubit yang mudah kehilangan presisi saat lingkungan eksperimen sedikit berubah.
Bagi komputer kuantum, ketahanan seperti ini sangat penting karena qubit tidak hanya menyimpan 0 atau 1, tetapi juga bisa berada dalam superposisi keduanya. Agar perhitungan berjalan benar, sistem harus mampu memindahkan dan menukar keadaan antarqubit dengan akurat, dan di sinilah gerbang kuantum berperan besar.
Gerbang yang lebih stabil untuk operasi penting
Salah satu operasi inti adalah swap gate, yang bertugas menukar keadaan dua qubit agar informasi bisa diarahkan di dalam mesin. Pada banyak pendekatan lama, gerbang semacam ini masih bergantung pada keadaan elektronik yang sangat tereksitasi, tumbukan antatom, atau efek terowongan kuantum.
Masalahnya, metode seperti itu sangat sensitif terhadap gangguan kecil. Perubahan sedikit pada waktu atau kekuatan laser saja dapat memicu kesalahan dan menurunkan fidelitas, sehingga gerbang menjadi tidak andal untuk sistem yang lebih besar.
Kondisi ini ikut memperlambat pengembangan komputer kuantum skala besar. Qubit memang jauh lebih rapuh dibanding bit konvensional, dengan tingkat kesalahan sekitar 1 banding 1.000, sementara bit biasa berada di kisaran 1 banding 1 triliun.
Pendekatan geometri yang lebih tahan noise
Tim ETH Zurich memilih jalur berbeda dengan memanfaatkan geometric phase. Efek ini tidak bergantung pada dorongan yang sangat presisi terhadap atom, melainkan pada lintasan yang ditempuh sistem selama operasi berlangsung.
Dalam percobaan itu, swap gate dijalankan lewat pergerakan atom di dalam optical lattice, yaitu “kristal cahaya” buatan yang terbentuk dari perpotongan berkas laser. Hasil operasi lebih ditentukan oleh jalur gerak sistem daripada oleh seberapa cepat atau seberapa kuat atom didorong.
Platform atom netral dianggap menjanjikan karena dapat memuat ribuan qubit dalam satu perangkat. Susunannya memakai puluhan ribu atom kalium yang didinginkan mendekati nol absolut dan ditahan oleh cahaya laser.
Yann Hendrick Kiefer, peneliti pascadoktoral di ETH Zürich Institute for Quantum Electronics sekaligus penulis utama studi, menjelaskan bahwa cahaya laser menciptakan medan listrik yang menginduksi momen dipol pada atom netral. Gaya inilah yang menjaga atom tetap pada posisinya.
Hasil eksperimen yang lebih presisi
Saat dua atom kalium didekatkan hingga gelombang kuantumnya saling tumpang tindih, keadaan gabungannya berubah mengikuti geometri geraknya. Karena pendekatan ini tidak terlalu bergantung pada kecepatan atau intensitas laser, operasinya menjadi lebih tahan terhadap noise eksperimen.
Tim berhasil mencapai swap gate dengan presisi lebih baik dari 99,91 persen. Operasi itu berlangsung dalam waktu kurang dari satu milidetik dan diterapkan pada sistem dengan 17.000 pasangan qubit.
Ada perbandingan menarik di sini. Beberapa gerbang pada sistem superkonduktor atau trapped-ion memang bisa berjalan dalam waktu sub-mikrodetik, tetapi biasanya hanya pada sedikit pasangan qubit sekaligus. Pendekatan atom netral ini menawarkan skala yang jauh lebih besar.
Peneliti juga menunjukkan half-swap gate, operasi yang tidak menukar dua qubit sepenuhnya tetapi cukup untuk membangun keterikatan kuantum. Unsur ini penting karena keterikatan kuantum menjadi pembeda utama antara komputasi kuantum dan komputasi klasik.
Arah ke mesin yang lebih bisa diprogram
Para peneliti berharap swap yang lebih tangguh ini dapat dipadukan dengan quantum gas microscope. Alat tersebut mampu mencitrakan dan menargetkan pasangan atom individual, sehingga membuka peluang arsitektur komputasi kuantum yang lebih fleksibel dan dapat diprogram.
Meski hasilnya menjanjikan, Kiefer menegaskan bahwa komputer kuantum praktis masih menghadapi dua tantangan besar, yaitu skala dan fidelitas. Namun, ia melihat perkembangan terbaru ini sebagai langkah yang membuat target itu terasa lebih realistis.
Ia juga merujuk pada studi lain yang menunjukkan bahwa persoalan kompleks seperti Shor’s algorithm mungkin kelak bisa diselesaikan dengan sistem berisi sekitar 10.000 qubit, bukan jutaan qubit seperti perkiraan sebelumnya. Shor’s algorithm penting karena dapat memecahkan jenis enkripsi modern tertentu dengan cepat lewat pencarian faktor prima rahasia dari bilangan besar.
Bagi ETH Zurich, pencapaian ini bukan akhir perjalanan, melainkan bukti bahwa pendekatan yang lebih stabil bisa memperkecil jarak menuju mesin kuantum yang benar-benar berguna. Perkembangan seperti ini menunjukkan bahwa impian komputasi kuantum mulai bergerak dari konsep menuju kenyataan.
-
-
-
-
