Tim peneliti di ETH Zurich berhasil membuat gerbang swap pada komputer kuantum atom netral menjadi jauh lebih stabil. Hasil ini penting karena salah satu kelemahan besar pada arsitektur tersebut selama ini adalah mudahnya operasi kuantum terganggu oleh noise kecil.
Pencapaian ini tidak hanya soal presisi, tetapi juga soal skala. Tim menunjukkan operasi tersebut pada sistem dengan 17.000 pasangan qubit, sesuatu yang memberi gambaran bahwa pendekatan atom netral masih punya ruang besar untuk berkembang.
Gerbang yang lebih tahan gangguan
Dalam komputasi kuantum, qubit dapat berada dalam keadaan 0, 1, atau superposisi keduanya. Agar perhitungan berjalan efektif, sistem perlu gerbang kuantum yang mampu memindahkan dan menukar keadaan antarqubit dengan sangat presisi.
Swap gate menjadi salah satu gerbang penting karena berfungsi menukar keadaan dua qubit agar informasi bisa dirutekan di dalam mesin. Masalahnya, gerbang semacam ini kerap bergantung pada keadaan elektronik yang sangat tereksitasi, tumbukan antatom, atau efek terowongan kuantum.
Pendekatan seperti itu sangat sensitif terhadap gangguan kecil. Perubahan sedikit saja pada waktu atau kekuatan laser bisa memicu kesalahan dan menurunkan fidelitas, sehingga gerbang menjadi tidak andal.
Memakai jalur gerak, bukan dorongan presisi
Untuk mengatasi masalah itu, tim ETH Zurich memilih pendekatan berbasis geometric phase. Cara ini tidak bertumpu pada dorongan yang harus sangat presisi ke atom, melainkan pada lintasan yang ditempuh sistem kuantum.
Operasi swap baru itu dijalankan lewat gerak atom di dalam optical lattice, yaitu “kristal cahaya” buatan dari perpotongan berkas laser. Dalam pendekatan ini, hasil operasi lebih ditentukan oleh jalur yang dilewati sistem daripada seberapa cepat atau seberapa kuat atom didorong.
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 membuat atom tetap berada di tempatnya.
Saat dua atom kalium didekatkan hingga gelombang kuantumnya saling tumpang tindih, keadaan gabungannya berubah mengikuti geometri geraknya. Karena tidak terlalu bergantung pada kecepatan gerak atau intensitas laser, operasi ini menjadi lebih tahan terhadap noise eksperimen.
Presisi tinggi pada skala besar
Dengan metode tersebut, tim mencapai swap gate dengan presisi lebih baik dari 99,91 persen. Operasinya berlangsung dalam waktu kurang dari satu milidetik, sementara sistem yang diuji mencakup 17.000 pasangan qubit.
Angka itu menarik karena beberapa gerbang pada sistem superkonduktor atau trapped-ion memang bisa bekerja dalam waktu sub-mikrodetik. Namun, sistem tersebut biasanya hanya beroperasi pada sedikit pasangan qubit sekaligus.
Tim juga berhasil menunjukkan half-swap gate, gerbang yang penting untuk menjalankan algoritma kuantum nyata. Gerbang ini tidak menukar dua qubit sepenuhnya, tetapi cukup untuk membangun keterikatan kuantum yang menjadi pembeda utama antara komputasi kuantum dan komputasi klasik.
Arah pengembangan berikutnya
Para peneliti berharap swap yang lebih tangguh ini dapat dipadukan dengan quantum gas microscope. Alat itu bisa mencitrakan dan menargetkan pasangan atom individual, sehingga membuka jalan bagi arsitektur komputasi kuantum yang lebih fleksibel dan dapat diprogram.
Platform atom netral sendiri dinilai menjanjikan karena mampu memuat ribuan qubit dalam satu perangkat. Susunannya memakai puluhan ribu atom kalium yang didinginkan hingga mendekati nol absolut dan ditahan oleh cahaya laser.
Meski begitu, Kiefer menegaskan bahwa komputer kuantum praktis masih jauh dari selesai. Dua tantangan terbesarnya tetap skala dan fidelitas, tetapi ia melihat perkembangan yang membuat target itu makin realistis.
Ia juga merujuk pada studi lain yang menunjukkan bahwa masalah kompleks seperti Shor’s algorithm mungkin kelak dapat diselesaikan dengan sistem berisi sekitar 10.000 qubit. Angka itu jauh di bawah perkiraan jutaan qubit yang sebelumnya sering dibayangkan.
Shor’s algorithm penting karena dapat memecahkan jenis enkripsi modern tertentu dengan cepat melalui pencarian faktor prima rahasia dari bilangan besar. Selama ini, algoritma itu menjadi salah satu tolok ukur utama dalam riset komputasi kuantum.
“Quantum computing on a practical scale still requires significant advancements,” kata Kiefer. Ia menambahkan bahwa bidang ini mulai memasuki fase ketika impian komputasi kuantum perlahan berubah menjadi kenyataan.