Ilmuwan Membuat Terobosan Dengan Prosesor Programmable Quantum Pertama

Para ilmuwan telah mengembangkan sejumlah sistem komputasi kuantum yang menggunakan ion atau elektron sebagai bit data; matematika "operasi" dapat dilakukan pada mereka dengan sinar cahaya atau pulsa elektrik. Sampai saat ini, bagaimanapun, sistem ini hanya bisa melakukan tugas-tugas spesifik yang mereka dirancang untuk melakukan. Namun sekelompok ilmuwan NIST telah dipublikasikan keterangan dari prosesor kuantum yang dapat menerima hampir semua set instruksi dan melakukan mereka pada set input-singkatnya, mereka sudah membuat prosesor kuantum pertama diprogram.
Untuk melakukan perhitungan umumnya, sebuah komputer harus dapat melakukan sebuah nomor acak dari kesatuan, operasi transformasi yang mengubah negara sambil menjaga struktur sistem. Tidak seperti komputer biasa, sebuah komputer kuantum menyimpan informasi dalam "qubit", atau bit kuantum. Sedikit teratur dapat memegang hanya satu bagian dari data (0 atau 1), tetapi qubit dapat memegang superposisi dari 0 dan 1, hanya mengadopsi nilai tertentu ketika diukur.
Itu baru satu dari sejumlah perbedaan penting antara komputer kuantum dan teratur. Komputer standar menggunakan gerbang logika, seperti operator Boolean (dan, atau, tidak, dan sebagainya). Quantum komputer kuantum menggunakan gerbang, yang selalu operator reversibel, tidak seperti gerbang logika banyak.
Akhirnya, qubit dapat menjalani belitan. "Belitan" dalam mekanika kuantum berarti sifat-sifat qubit dapat bergantung pada satu sama lain, bahkan jika mereka secara fisik terpisah. Sebagai contoh, dalam sistem di mana dua qubit mungkin hanya 0 pada saat yang sama atau 1 pada saat yang sama, mengukur salah satu dari mereka sebagai 0 akan memastikan bahwa yang lain adalah 0 juga.
Dalam hal ilmu informasi kuantum, mengembangkan sistem yang dapat melakukan apapun transformasi sewenang-wenang pada qubit sebenarnya hanya sesulit kedengarannya. Untuk sampai di sana, para ilmuwan NIST menciptakan sebuah sistem yang memiliki dua gerbang kuantum, salah satu yang berhubungan dengan qubit tunggal pada suatu waktu, dan satu lagi gerbang dua qubit dilibatkan. Inkarnasi fisik dari sistem yang digunakan ion berilium dua terjebak dalam wilayah terbatas, dengan operasi gerbang, atau transformasi pada negara bagian ion, dilakukan dengan merangsang mereka dengan laser ultraviolet.
Percobaan menggunakan ion untuk mewakili 15 input klasik menggunakan semua kemungkinan kombinasi dari 0 dan 1 yang dapat disimpan dalam dua qubit. Menggunakan negara-negara ini mulai, mereka melakukan 160 operasi yang dipilih secara acak. Ini dianalisis dengan menggunakan urutan 100 eksperimental dengan sembilan pengaturan analisis yang berbeda, untuk total 900 percobaan untuk setiap 160 transformasi. Setiap uji coba pada qubit waktu sekitar 37 milidetik.
Setelah urutan transformasi dilakukan, ilmuwan membandingkan output dari operasi dengan hasil yang ideal dan menemukan bahwa operasi mereka menghasilkan hasil yang akurat sekitar 79 persen dari waktu. Jadi, sistem ini tidak berarti sempurna handal, tetapi hasilnya cukup untuk menunjukkan bahwa prosesor ini mampu menerapkan semua kemungkinan kombinasi dari operasi kesatuan dengan dua qubit.
Sementara sebelumnya kuantum sistem komputasi dapat melakukan operasi tertentu menggunakan dua-qubit kuantum gerbang, sistem ini hanya cocok untuk melakukan sejumlah operasi, untuk melakukan sesuatu di luar itu, sistem yang sama sekali baru harus dirancang. Percobaan ini menunjukkan bahwa kombinasi dari gerbang tunggal dan dua qubit-qubit dapat mensimulasikan semua operasi kesatuan mungkin. Ini berarti bahwa kita dapat menciptakan sebuah komputer kuantum universal yang diprogram dapat melakukan apapun yang penggunanya inginkan.
Para penulis artikel tersebut menyatakan bahwa skala yang lebih besar masalah yang berhubungan dengan potongan lebih data perlu qubit lebih, dan gerbang karena itu lebih untuk mewakili semua operasi potensial. Mereka juga mengakui bahwa keandalan dari perhitungan harus meningkatkan secara signifikan untuk suatu sistem untuk memasukkan penggunaan biasa.

Di masa depan, komputer kuantum akan menyelesaikan dalam hitungan detik apa yang akan waktu bertahun-tahun dengan komputer terbaik kami hari ini. Fisikawan di NIST telah membuat lompatan yang signifikan terhadap tujuan ini dengan menunjukkan prosesor pertama "universal" diprogram informasi kuantum.
Dengan kata lain, ini adalah pertama kalinya seseorang telah mengembangkan prosesor yang dapat menangani set instruksi untuk lebih dari satu bit kuantum atau "qubit." Kemajuan pesat jika Anda mempertimbangkan bahwa prosesor single-tugas pertama kuantum tiba di lokasi kurang dari setahun yang lalu.

    Tim NIST dilakukan 160 proses rutinitas yang berbeda pada dua qubit. Meskipun ada jumlah tak terbatas mungkin dua qubit program, ini set 160 besar dan beragam cukup untuk cukup mewakili mereka, Hanneke mengatakan, membuat prosesor "universal." Para peneliti menggunakan nomor acak generator untuk memilih rutinitas tertentu yang akan dieksekusi, sehingga semua program yang mungkin memiliki kesempatan yang sama untuk seleksi. Program acak menghindari kemungkinan bias dalam pengujian prosesor dalam hal bahwa beberapa program berlari output yang lebih akurat yang lebih baik atau diproduksi daripada yang lain. Setiap program dioperasikan akurat rata-rata 79 persen dari waktu di 900 berjalan, setiap menjalankan berlangsung sekitar 37 milidetik. Untuk mengevaluasi prosesor dan kualitas operasi, ilmuwan NIST membandingkan output yang diukur dari program untuk ideal, hasil teoritis.

    Program-program tidak melakukan perhitungan matematis dengan mudah dijelaskan. Sebaliknya, mereka terlibat berbagai single-qubit "rotasi" dan dua-qubit belitan. Sebagai contoh dari rotasi, jika qubit dibayangkan sebagai sebuah titik pada bola di kutub utara untuk 0, di kutub selatan untuk 1, atau di khatulistiwa untuk superposisi seimbang 0 dan 1, titik mungkin diputar ke titik yang berbeda pada bola, mungkin dari utara ke belahan bumi selatan, sehingga lebih dari 1 dari 0.
Hah? Ya, itu sedikit membingungkan, tetapi Anda bisa mendapatkan ide dasar dengan memeriksa Giz kami Menjelaskan pada subjek. Hanya tahu bahwa pemrograman dengan qubit beberapa adalah titik balik utama dalam menciptakan benar-benar "super" komputer masa depan. [NIST dan Ars Technica] 

Sumber