Microsoft dan Quantinuum hari ini mengumumkan terobosan besar dalam koreksi kesalahan kuantum. Dengan menggunakan perangkat keras ion-trap Quantinuum dan sistem virtualisasi qubit baru Microsoft, tim dapat menjalankan lebih dari 14.000 eksperimen tanpa satu kesalahan pun. Sistem baru ini juga memungkinkan tim untuk memeriksa qubit logis dan memperbaiki kesalahan apa pun yang ditemui tanpa merusak qubit logis tersebut.
Ini, kata kedua perusahaan, telah memindahkan keadaan seni komputasi kuantum keluar dari apa yang biasanya disebut sebagai era komputer kuantum skala menengah yang bising (NISQ). "Bising" karena bahkan perubahan terkecil dalam lingkungan dapat membuat suatu sistem kuantum pada dasarnya menjadi acak (atau "dekoheren"), dan "skala menengah" karena generasi saat ini dari komputer kuantum masih terbatas hanya sedikit di atas seribu qubit paling baik. Sebuah qubit adalah unit dasar komputasi dalam sistem kuantum, analog dengan bit dalam komputer klasik, tetapi setiap qubit dapat berada dalam beberapa keadaan pada saat yang sama dan tidak jatuh ke posisi tertentu kecuali diukur, yang mendasari potensi kuantum untuk memberikan lonjakan besar dalam kekuatan komputasi.
Tidak peduli berapa banyak qubit yang Anda miliki, namun, jika Anda hampir tidak memiliki waktu untuk menjalankan algoritma dasar sebelum sistem menjadi terlalu bising untuk mendapatkan hasil yang berguna — atau sama sekali tidak mendapatkan hasil.
Dengan menggabungkan beberapa teknik yang berbeda, tim dapat menjalankan ribuan eksperimen dengan hampir tidak ada kesalahan. Itu melibatkan sedikit persiapan dan pra-memilih sistem yang sudah terlihat dalam kondisi yang baik untuk jalannya yang sukses, tetapi tetap saja, itu adalah peningkatan besar dari di mana industri berada hanya beberapa waktu yang lalu.
Itu adalah langkah yang tepat untuk komputasi kuantum. Masih ada banyak masalah yang harus dipecahkan (dan hasil-hasil ini juga perlu direplikasi, tentu saja), tetapi secara teoritis, sebuah komputer dengan 100 qubit logis ini mungkin sudah berguna untuk memecahkan beberapa masalah, sementara mesin dengan 1.000 qubit, kata Microsoft, "membuka keuntungan komersial."
Tim menggunakan prosesor ion-trap H2 Quantinuum dan dapat menggabungkan 30 qubit fisik menjadi empat qubit logis yang sangat dapat diandalkan. Encoding beberapa qubit fisik ke dalam satu qubit logis membantu melindungi sistem dari kesalahan. Qubit fisik dijadikan terkait sehingga menjadi mungkin untuk mendeteksi kesalahan dalam qubit fisik dan memperbaikinya.
Ini adalah koreksi kesalahan ini yang telah lama membuat bingung industri: Semakin rendah kebisingan dan semakin tinggi kualitas qubit fisiknya, tentu saja, semakin baik, tetapi tanpa koreksi kesalahan yang canggih, tidak ada jalan keluar dari era NISQ karena sistem-sistem ini semua akan dekoheren lebih awal daripada kemudian.
"Hanya dengan meningkatkan jumlah qubit fisik dengan tingkat kesalahan yang tinggi — tanpa meningkatkan tingkat kesalahan tersebut — adalah sia-sia karena hal itu akan menghasilkan komputer kuantum besar yang tidak lebih canggih daripada sebelumnya," tulis Dennis Tom, manajer umum Azure Quantum, dan Krysta Svore, VP Pengembangan Kuantum Lanjutan di Microsoft, dalam pengumuman hari ini. "Sebaliknya, ketika qubit fisik dengan kualitas operasi yang cukup digunakan dengan sistem orkestrasi-dan-diagnostik yang berspesialisasi untuk memungkinkan qubit virtual, hanya dengan demikian meningkatkan jumlah qubit fisik menghasilkan komputer kuantum yang ampuh, tahan terhadap kesalahan yang mampu melakukan komputasi yang lebih lama, lebih kompleks."
Hanya beberapa tahun yang lalu bahwa qubit logis mulai melampaui qubit fisik. Sekarang, Microsoft dan Quantinuum berpendapat bahwa sistem perangkat keras/perangkat lunak baru mereka menunjukkan celah terbesar antara tingkat kesalahan qubit fisik dan logis, meningkatkan penggunaan hanya qubit fisik hingga 800x.
Para peneliti mencatat bahwa untuk melampaui NISQ, pemisahan besar antara tingkat kesalahan qubit logis dan fisik diperlukan, serta kemampuan untuk memperbaiki kesalahan sirkuit individu dan menghasilkan terkaitan antara setidaknya dua qubit logis. Jika hasil-hasil ini terbukti benar, maka tim telah mencapai ketiga hal tersebut dan kita memang telah memasuki era komputasi kuantum yang tangguh.
Sebagaimana yang ternyata, hasil yang paling penting di sini mungkin sebenarnya adalah kemampuan tim untuk melakukan "ekstraksi sindrom aktif" — yaitu, kemampuan untuk mendiagnosis kesalahan dan memperbaikinya, tanpa merusak qubit logis dalam prosesnya.
"Pencapaian ini menandai langkah pertama dalam kemampuan untuk memperbaiki kesalahan sambil tidak merusak qubit logis dan memperlihatkan tonggak fundamental dalam koreksi kesalahan kuantum," Tom dan Svore menjelaskan. "Kami mendemonstrasikan komponen kritis ini dari komputasi kuantum yang dapat diandalkan dengan sistem virtualisasi qubit kami, yang menghasilkan tingkat kesalahan logis yang rendah selama beberapa putaran ekstraksi sindrom."
Kini terserah bagi sisa komunitas kuantum untuk mereplikasi hasil-hasil ini dan mengimplementasikan sistem koreksi kesalahan serupa. Namun, itu kemungkinan hanya masalah waktu.
"Hasil hari ini menandai pencapaian bersejarah dan adalah cerminan luar biasa tentang bagaimana kolaborasi ini terus mendorong batas untuk ekosistem kuantum," kata Ilyas Khan, pendiri dan chief product officer Quantinuum. "Dengan koreksi kesalahan terkini Microsoft yang selaras dengan komputer kuantum terkuat di dunia dan pendekatan terintegrasi sepenuhnya, kami sangat bersemangat untuk evolusi selanjutnya dalam aplikasi kuantum dan tidak sabar untuk melihat bagaimana pelanggan dan mitra kami akan mendapatkan manfaat dari solusi kami terutama saat kita beralih ke prosesor kuantum dalam skala."
Untuk lebih banyak detail, Anda dapat menemukan makalah teknis di sini.
