Dua Tim Menunjukkan Cara Membuat Qubit Jarak Jauh Saling Terjerat Secara Otomatis

Pekerjaan teoretis sebelumnya dari kelompok yang sama telah mengkaji ketahanan skema keterikatan berbasis penggerak dan disipasi ini terhadap kehilangan sinyal dalam sistem elektrodinamika kuantum berbasis pandu gelombang kiral .

ISTA: reservoir foton gelombang mikro yang sudah terjerat

Kelompok ISTA, yang dipimpin Johannes Fink, menggunakan cara yang berbeda. Mereka menghasilkan reservoir foton gelombang mikro terperas dua-mode dengan bantuan Josephson parametric converter. Perangkat ini menciptakan keadaan kontinu—atau Gaussian—yang memiliki keterikatan kuantum pada medan gelombang mikro yang merambat .

Dua qubit transmon superkonduktor yang terpisah secara spasial kemudian dihubungkan ke reservoir terperas yang sama. Melalui interaksi tersebut, kedua qubit secara otonom bergerak menuju keadaan terjerat diskret yang stasioner .

Perbedaan utamanya adalah sebagai berikut: UIUC mengandalkan disipasi terarah dalam pandu gelombang, sedangkan ISTA menggunakan reservoir nonlokal yang sejak awal membawa korelasi kuantum. Dengan kata lain, pada pendekatan ISTA, sebagian keterikatan dari “bak” foton dipindahkan kepada qubit.

Prediksi teoretis berusia lebih dari 20 tahun akhirnya diuji

Eksperimen ISTA mengonfirmasi prediksi yang telah diajukan lebih dari dua dekade lalu: dua qubit yang terhubung ke sumber cahaya terperas dan berkorelasi dapat terdorong menuju keadaan terjerat yang stabil hanya melalui interaksi dengan reservoir tersebut—tanpa kontrol aktif atau pengukuran berulang .

Prediksi itu sebelumnya dibuat dalam kondisi ideal secara teoretis. Eksperimen ISTA menjadi demonstrasi pertama bahwa gagasan tersebut dapat diwujudkan di laboratorium .

Baru 10% keterikatan reservoir yang berhasil ditransfer

Hasilnya masih berada pada tahap pembuktian konsep. Tim ISTA melaporkan bahwa metode mereka saat ini mentransfer sekitar 10% keterikatan yang tersedia dalam reservoir kepada qubit .

Angka tersebut masih lebih rendah dibandingkan sejumlah metode yang menggunakan kontrol aktif. Namun, keunggulan pendekatan ini terletak pada sifatnya yang otonom: sistem tidak harus menjalankan urutan pulsa yang rumit atau menunggu hasil kebetulan dari proses pengukuran untuk membangun kembali keterikatan.

Mengapa temuan ini penting?

Membantu membangun komputer kuantum modular

Komputer kuantum masa depan kemungkinan tidak hanya terdiri atas satu chip besar. Sistemnya dapat tersusun dari beberapa modul kuantum yang bekerja bersama. Agar modul-modul tersebut dapat bertukar informasi kuantum, diperlukan cara untuk mendistribusikan keterikatan di antara qubit yang lokasinya terpisah.

Pendekatan UIUC dan ISTA menawarkan jalur menuju tujuan itu tanpa beban pengaturan waktu pulsa yang sangat presisi atau pengukuran berulang .

Membuka peluang sinkronisasi banyak qubit

Tim ISTA menyebut metode mereka relatif sederhana dan berpotensi ditingkatkan untuk menyinkronkan banyak qubit yang berjauhan . Karena reservoir yang terjerat terus tersedia, keterikatan dapat dibangun ketika dibutuhkan, bukan hanya ketika suatu kejadian probabilistik terjadi .

Menjaga sumber daya kuantum tetap tersedia

Keterikatan yang terus distabilkan dapat bertahan lebih lama daripada waktu koherensi alami qubit. Jika teknik ini kelak dibuat lebih efisien, keadaan terjerat tersebut bisa selalu tersedia untuk pemrosesan kuantum berikutnya atau untuk skema koreksi kesalahan .

Menjadi dasar jaringan kuantum

Kedua pendekatan menggunakan qubit superkonduktor dan foton gelombang mikro, yang kompatibel dengan banyak arsitektur perangkat keras komputasi kuantum saat ini. Di masa depan, antarmuka foton optik berpotensi menghubungkan modul-modul tersebut melalui serat optik .

Efisiensi eksperimen ISTA memang masih terbatas—baru sekitar 10% keterikatan reservoir yang berpindah ke qubit. Namun, sifat tunak dan otonom dari metode ini menandai perubahan cara pandang: disipasi tidak selalu harus dilawan. Dengan rekayasa yang tepat, disipasi justru dapat menjadi mekanisme untuk menciptakan dan mempertahankan keterikatan kuantum jarak jauh.