Pria Dewasa Terkejut dan Bingung Melihat Smartphone (© Prostock-studio – stock.adobe.com)
BARU YORK — Dalam perlombaan besar untuk membangun komputer kuantum, para ilmuwan baru saja menemukan sesuatu yang sama sekali tidak terduga: terkadang mesin futuristik ini masih dapat dikalahkan dengan perangkat yang ada di saku Anda! Para peneliti dari Flatiron Institute di New York telah menyaksikan sebuah peristiwa monumental, menyaksikan komputer biasa yang menggerakkan ponsel pintar melampaui komputer kuantum generasi berikutnya.
Kekecewaan David-versus-Goliath ini mengajarkan kita hal-hal baru yang menarik tentang bagaimana sistem kuantum berperilaku. Awal tahun ini, para peneliti di Pusat Fisika Kuantum Komputasi (CCQ) Institut Flatiron menggunakan komputer biasa untuk memecahkan masalah kuantum kompleks yang menurut IBM hanya dapat ditangani oleh komputer kuantum canggih mereka. Yang lebih mengejutkan lagi, solusi ini sangat efisien sehingga bisa dijalankan di ponsel pintar.
“Kami tidak benar-benar memperkenalkan teknik mutakhir apa pun,” kata pemimpin peneliti Joseph Tindall dalam siaran persnya. “Kami menyatukan banyak ide dengan cara yang ringkas dan elegan sehingga masalah dapat diselesaikan. Ini adalah metode yang diabaikan oleh IBM dan tidak mudah diterapkan tanpa perangkat lunak dan kode yang ditulis dengan baik.”
Kini, studi baru dipublikasikan di Surat Tinjauan FisikTindall dan rekannya Dries Sels telah mengungkapkan mengapa teka-teki kuantum ini ternyata sangat mudah dipecahkan. Jawabannya melibatkan fenomena menarik yang disebut “pengurungan” yang membuat partikel-partikel kuantum terkurung seperti domba tak kasat mata di dalam kandang.
Tantangan awalnya melibatkan simulasi bagaimana serangkaian magnet kecil berevolusi seiring waktu ketika terkena medan magnet. Magnet kuantum ini dapat berada di beberapa keadaan secara bersamaan – mengarah ke atas dan ke bawah sekaligus, tidak seperti magnet biasa di lemari es Anda. Biasanya, sistem kuantum seperti itu dengan cepat menjadi sangat kompleks karena magnet “terjerat” satu sama lain, sehingga hampir mustahil untuk disimulasikan pada komputer klasik.
“Ada batasan yang memisahkan apa yang dapat dilakukan dengan komputasi kuantum dan apa yang dapat dilakukan dengan komputer klasik,” jelas Tindall. “Saat ini, batasan tersebut sangat kabur. Saya pikir pekerjaan kami membantu memperjelas batasan itu.”
Apa yang ditemukan para peneliti adalah susunan magnet seperti sarang lebah secara alami menciptakan penghalang energi yang mencegah berkembangnya keterikatan skala besar. Pengurungan pada dasarnya menjaga sistem kuantum berperilaku baik dan dapat diprediksi, seperti halnya pagar taman bermain yang mencegah anak-anak berkeliaran terlalu jauh.
“Dalam sistem ini, magnet tidak akan berebut secara tiba-tiba; mereka sebenarnya hanya akan terombang-ambing di sekitar keadaan awalnya, bahkan dalam jangka waktu yang sangat lama,” kata Tindall. “Ini cukup menarik dari sudut pandang fisika karena itu berarti sistem tetap berada dalam keadaan yang memiliki struktur yang sangat spesifik dan tidak sepenuhnya tidak teratur.”
Penemuan ini mempunyai implikasi signifikan terhadap komputasi kuantum. Ketika partikel kuantum tetap terkurung, mereka lebih mudah dikendalikan dan disimulasikan, sehingga dapat menghasilkan komputer kuantum yang lebih andal dan cara-cara baru untuk menguji sistem kuantum menggunakan komputer klasik.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Para peneliti menggunakan pemodelan matematika canggih untuk mensimulasikan jaringan magnet kuantum yang tak terbatas. Pendekatan mereka, yang disebut “status jaringan tensor tak terbatas yang dioptimalkan dengan propagasi keyakinan” (BP-iTNS), memungkinkan mereka melacak bagaimana perilaku magnet ketika diganggu oleh medan magnet. Dengan mengidentifikasi berbagai jenis pola partikel terbatas, mereka dapat memprediksi dan menjelaskan osilasi stabil sistem.
Hasil Utama
Studi tersebut mengungkapkan bahwa pengurungan kuantum secara alami muncul dalam sistem dua dimensi ini, menjaga partikel kuantum tetap terorganisir dalam pola yang dapat diprediksi. Hal ini menjelaskan mengapa komputer klasik dapat mensimulasikan sistem dengan sangat efektif – pembatasan tersebut mencegah ledakan kompleksitas yang biasanya membuat sistem kuantum sulit untuk disimulasikan. Para peneliti mengembangkan model matematika yang secara akurat memprediksi perilaku sistem, sesuai dengan simulasi komputer mereka.
Keterbatasan Studi
Meskipun penelitian ini berfokus pada jenis sistem kuantum tertentu yang disusun dalam pola sarang lebah, para peneliti yakin temuan mereka dapat diterapkan pada sistem kuantum dua dimensi lainnya. Namun, diperlukan lebih banyak penelitian untuk mengonfirmasi penerapan yang lebih luas ini. Metode simulasi, meskipun sangat efektif untuk sistem ini, mungkin tidak berfungsi dengan baik untuk sistem kuantum yang tidak menunjukkan kekangan.
Diskusi & Kesimpulan
Penelitian ini membantu memperjelas batasan antara apa yang dapat dicapai oleh komputer klasik dan kuantum. Penemuan kurungan dalam sistem kuantum dua dimensi menyediakan alat baru untuk menguji dan membuat tolok ukur simulasi kuantum. Sebelumnya, jenis pengekangan ini hanya diamati pada sistem kuantum satu dimensi, sehingga temuan ini sangat penting dalam bidang ini.
Pendanaan & Pengungkapan
Penelitian ini didukung oleh Flatiron Institute, sebuah divisi dari Simons Foundation, dan Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara (Grant No. FA9550-21-1-0236). Para peneliti menggunakan paket perangkat lunak ITENSORNETWORKS.JL yang tersedia untuk umum. Tidak ada konflik kepentingan yang diumumkan.
