Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Pengusulan Teknik Cepat dalam Mengatur Ulang Sirkuit Kuantum

Kulkas pengenceran yang menampung qubit. Kredit: Pusat RIKEN untuk Komputasi Kuantum

Mem-boot ulang komputer kuantum adalah proses rumit yang dapat merusak bagian-bagiannya, tetapi sekarang dua fisikawan RIKEN telah mengusulkan cara yang cepat dan terkendali untuk menekan reset.

Komputer konvensional memproses informasi yang disimpan sebagai bit yang mengambil nilai nol atau satu. Kekuatan potensial komputer kuantum terletak pada kemampuannya untuk memproses 'qubit' yang dapat bernilai nol atau satu—atau menjadi campuran kabur keduanya secara bersamaan.

"Namun, untuk menggunakan kembali sirkuit yang sama untuk beberapa operasi, Anda harus memaksa qubit kembali ke nol dengan cepat," kata Jaw Shen Tsai, fisikawan kuantum di RIKEN Center for Quantum Computing. Tapi itu lebih mudah diucapkan daripada dilakukan.

Salah satu cara terbaik saat ini untuk menekan reset untuk qubit yang dibangun dari superkonduktor kecil adalah dengan menghubungkan qubit ke foton—partikel cahaya—dalam perangkat kecil yang disebut resonator. Qubit mentransfer energinya ke resonator, setelah itu foton di resonator meluruh, melepaskan energinya ke lingkungan. Proses ini menyebabkan keadaan qubit turun kembali ke keadaan dasar (nol). Masalah dengan metode ini adalah bahwa keterjeratan permanen pada foton yang membusuk dengan cepat menurunkan kualitas qubit, sehingga dengan cepat tidak lagi berguna untuk operasi di masa depan. "Ini buruk bagi qubit, yang masa hidupnya menjadi pendek," kata Tsai.

Sekarang, Tsai dan rekannya di RIKEN, Teruaki Yoshioka, telah merancang simulasi untuk membantu menemukan cara yang lebih baik untuk menyetel ulang qubit, tanpa merusaknya.

Berdasarkan perhitungan mereka, pasangan tersebut mengusulkan membangun resonator yang dapat dikontrol menggunakan sambungan tambahan yang dibuat dengan mengapit bahan superkonduktor dengan isolator, logam biasa, isolator lain, dan superkonduktor lain. Persimpangan berlapis ini dikendalikan dengan menerapkan tegangan. Selama operasi qubit dilakukan, pengaturan disetel sehingga foton tidak dapat meluruh. Hanya ketika operasi telah selesai, fisikawan mengubah tegangan, memungkinkan foton melepaskan energi. "Resonator yang dapat disesuaikan ini adalah kunci proposal kami," kata Tsai.

Catatan lab terbaik saat ini untuk menyetel ulang qubit adalah 280 nanodetik, dengan ketelitian 99,0%. "Simulasi kami menunjukkan bahwa kami dapat mengatur ulang qubit dalam 80 nanodetik, dengan ketelitian 99,0%," kata Yoshioka.

Tim sekarang menguji pengaturan ini, yang diadakan pada suhu rendah menggunakan lemari es pengencer, dengan hasil yang menjanjikan. "Perangkat ini akan sangat berguna jika kita dapat menerapkannya di sirkuit kuantum," kata Tsai.

Penelitian ini dipublikasikan di Applied Physics Letters dibawah ini.
Informasi lebih lanjut: T. Yoshioka et al, Fast unconditional initialization for superconducting qubit and resonator using quantum-circuit refrigerator, Applied Physics Letters (2021). DOI: 10.1063/5.0057894