Chip komputasi kuantum terbaru ini justru dirancang untuk memicu kesalahan secara terkendali. Pendekatan yang tidak biasa itu diharapkan membantu ilmuwan memahami bagaimana noise masuk, menyebar, dan merusak perhitungan kuantum.
Langkah tersebut penting karena qubit jauh lebih rapuh dibanding bit digital biasa. Jika bit klasik berada pada keadaan “on” atau “off”, qubit memiliki tingkat kegagalan yang jauh lebih tinggi, sekitar 1 banding 1.000, dibanding 1 banding 1 miliar pada bit digital.
Noise yang sulit dihindari
Dalam komputasi kuantum, noise masih menjadi hambatan utama untuk membawa komputer kuantum melampaui superkomputer tercepat. Saat sistem diperbesar agar makin berguna untuk fungsi praktis, gangguan biasanya ikut meningkat.
Sumber gangguan itu datang dari banyak arah. Medan magnet Bumi yang tidak menentu, radiasi dari router Wi-Fi dan perangkat elektronik lain, sinar kosmik, hingga qubit di sekitarnya dapat memengaruhi kestabilan sistem.
Selama ini para ilmuwan sudah mengembangkan berbagai teknik koreksi error untuk mengatasi masalah tersebut. Namun, tantangan membangun komputer kuantum yang benar-benar fault-tolerant masih jauh dari selesai.
Chip untuk menyuntikkan error secara terkendali
Penelitian terbaru ini menawarkan pendekatan yang berbeda. Alih-alih berusaha menyingkirkan semua noise, tim peneliti membuat chip yang memungkinkan mereka menyuntikkan error dalam lingkungan yang terkendali.
Studi itu dipublikasikan pada 9 Mei di jurnal Nature Communications. Dalam penelitian tersebut, chip komputasi kuantum ini memakai foton dari pulsa laser sebagai qubit.
Chip tersebut juga memiliki jalur samping atau side channel yang dapat dialihkan oleh foton. Jalur ini dipakai untuk meniru kehilangan sinyal yang biasanya terjadi dalam kondisi operasi normal, lalu mempelajarinya secara lebih rinci.
Cara kerja chip tersebut
Chip ini dapat diprogram untuk meniru error dengan beberapa cara. Peneliti bisa mensimulasikan jenis kehilangan tertentu akibat noise sekaligus mengatur tingkat gangguan yang ingin diamati.
Pengaturan dilakukan dengan mengubah jumlah foton yang dialihkan serta derajat superposisi kuantum, yaitu kondisi ketika qubit berbagi informasi melalui quantum entanglement. Govind Krishna, penulis utama studi sekaligus mahasiswa doktoral di KTH Royal Institute of Technology di Swedia, menyebut chip itu seperti persimpangan rel yang bisa diprogram untuk cahaya kuantum.
Menurut Krishna, sinyal kontrol menentukan apakah foton tetap berada di jalur utama, dialihkan ke kanal kehilangan, atau masuk ke dalam superposisi yang bergantung pada interferensi kuantum.
Noise berubah menjadi alat riset
Pendekatan ini membuat noise tidak lagi hanya menjadi masalah, melainkan juga alat penelitian. Dengan mengamati kesalahan yang sengaja dibuat, ilmuwan dapat memahami perilaku sistem kuantum dengan lebih jelas dan memperbaiki strategi koreksi error di masa depan.
Para peneliti juga menyebut desain chip ini bisa memodelkan error pada berbagai jenis sistem kuantum, termasuk sistem non-fotonik seperti komputer kuantum berbasis superconducting qubit atau qubit atom netral. Manfaatnya pun tidak terbatas pada satu platform saja.
Tujuan akhirnya adalah memberi peneliti lebih banyak alat untuk mempelajari bagaimana noise menyusup dan menumpuk di rangkaian kuantum. Pemahaman itu diharapkan membantu pengembangan teknik koreksi error yang lebih efektif, terutama ketika sistem kuantum makin besar dan makin banyak berinteraksi dengan lingkungannya.
Krishna menegaskan bahwa memahami cara kerja sistem kuantum dalam kondisi yang berantakan sangat penting. Tanpa itu, eksperimen hanya akan menggambarkan setelan ideal, bukan cara alam bekerja sebagaimana adanya.