Origin Wukong Uji Router Kuantum Koheren untuk QRAM Bucket-Brigade

QRAM (quantum random-access memory) adalah gagasan memori yang memungkinkan algoritme kuantum mengakses data secara koheren. Tantangan utamanya bukan sekadar menyimpan data, melainkan mengarahkan keadaan kuantum ke jalur yang dipilih oleh sebuah alamat kuantum tanpa merusak keadaan tersebut.

Tim dari Origin Quantum, University of Science and Technology of China, serta mitranya kini mendemonstrasikan komponen routing itu pada prosesor superkonduktor Origin Wukong di Hefei. Informasi kuantum diarahkan secara koheren melalui jaringan bucket-brigade yang benar-benar fisik dan dikendalikan alamat, bukan hanya ditiru dengan kontrol klasik.19

Apa yang berhasil didemonstrasikan?

Hasilnya adalah router kuantum yang koheren, deterministik, dan reversibel untuk model QRAM bucket-brigade. Artinya, keputusan arah rute dibuat oleh keadaan alamat kuantum, sementara informasi yang dibawa tetap diperlakukan sebagai keadaan kuantum.1

Para peneliti menggabungkan tiga router yang dikalibrasi secara terpisah menjadi pohon biner dua tingkat. Satu router di lapisan pertama mengarahkan keadaan menuju salah satu dari dua router di lapisan kedua. Struktur dua tingkat ini penting karena merupakan konfigurasi paling kecil yang benar-benar menunjukkan percabangan dalam jaringan routing bertingkat.19

Angka performanya: transmisi tinggi, fidelitas menurun saat jaringan bertambah dalam

Perlu dibedakan dua metrik yang dilaporkan:

• Efisiensi transmisi mengukur apakah informasi berhasil tiba di keluaran.
• Fidelitas akses acak mengukur seberapa akurat keadaan kuantum yang diinginkan dipulihkan.

Konfigurasi	Efisiensi transmisi	Fidelitas akses acak
Satu router	Hingga 98%	95,74% pada satu pengujian akses acak; laporan lain menyebut rata-rata sekitar 94,8%17
Jaringan kaskade dua tingkat	Sekitar 93%	Rata-rata 82,4%17

Selisih antara kedua konfigurasi itulah pesan penting eksperimen ini. Informasi masih dapat diteruskan dengan efisiensi tinggi ketika router dirangkai, tetapi fidelitas turun karena sebuah keadaan kuantum harus melewati beberapa operasi routing terkendali. Kesalahan kecil pun dapat terakumulasi.1

Mengapa router ini memakai qutrit?

Pada sirkuit superkonduktor, transmon biasanya diperlakukan sebagai qubit dengan dua tingkat energi. Pada rancangan ini, peneliti juga memanfaatkan satu tingkat energi tambahan sehingga elemen router efektif bertindak sebagai qutrit, yaitu sistem tiga tingkat.

Pulsa gelombang mikro digunakan untuk menjalankan interaksi bersyarat yang mengarahkan keadaan masuk ke salah satu dari dua jalur.1 Pendekatan transition-composite-gate ini dirancang agar operasi router tidak perlu dipecah menjadi rangkaian panjang gerbang satu- dan dua-qubit standar.

Rangkaian yang lebih dangkal sangat penting di perangkat kuantum saat ini: semakin panjang rangkaian, semakin banyak peluang munculnya galat kontrol dan semakin lama keadaan kuantum terpapar dekoherensi.1

Status |1⟩ sebagai penanda kesalahan

Alamat routing dikodekan pada dua keadaan qutrit yang tidak bersebelahan, yakni |0⟩ dan |2⟩. Tingkat di antaranya, |1⟩, sengaja tidak dipakai untuk alamat. Jika kebocoran keadaan atau kesalahan kontrol tertentu mengisi |1⟩, kondisi itu dapat menjadi penanda kesalahan.1

Peneliti lalu dapat menerapkan post-selection: hasil percobaan yang menampilkan penanda tersebut dibuang. Teknik ini membantu meningkatkan mutu hasil yang diterima tanpa membutuhkan banyak qubit tambahan untuk koreksi kesalahan.1

Namun, ini adalah mitigasi kesalahan jangka dekat, bukan koreksi kesalahan yang deterministik. Karena sebagian hasil dibuang, peluang sukses yang dapat digunakan juga berkurang. Post-selection tidak dapat menggantikan koreksi kesalahan kuantum tahan gangguan pada sistem berskala besar.1

Mengapa memperbesar jaringan masih sulit?

Memperluas demonstrasi dari dua tingkat menjadi empat atau delapan tingkat tidak cukup dilakukan dengan mengulang rangkaian yang sama. Arsitektur bucket-brigade berbentuk pohon biner: pada kedalaman d, kira-kira diperlukan 2^d titik akhir memori dan 2^d − 1 node routing. Usulan bucket-brigade awal memang menggunakan qutrit pada node-node pohon tersebut.

Karena itu, sistem yang lebih besar memerlukan jauh lebih dari sekadar perangkat tambahan. Peneliti harus menjaga kalibrasi banyak router, konektivitas chip, sinkronisasi pulsa gelombang mikro, pengendalian crosstalk dan kebocoran keadaan, serta koherensi pada lintasan yang lebih panjang. Setiap lapisan ekstra juga memperparah akumulasi galat—pola yang sudah terlihat dari perbedaan fidelitas satu router dan jaringan dua tingkat.1

Ada pula kompromi arsitektural: QRAM bucket-brigade dikaitkan dengan waktu kueri logaritmik, tetapi tetap membutuhkan ruang O(N) untuk N sel memori. Implementasi berukuran sangat besar karenanya tetap menuntut perangkat keras yang intensif.

Tonggak routing, bukan tanda QRAM komersial sudah dekat

Eksperimen Origin Wukong paling tepat dipahami sebagai demonstrasi tingkat sistem atas perpindahan data kuantum yang koheren, reversibel, dan dikendalikan alamat pada perangkat keras superkonduktor. Tiga router yang dibangun terpisah berhasil dikaskadekan menjadi jaringan bercabang nyata—syarat utama bagi QRAM bucket-brigade.19

Hasil ini bukan bukti bahwa QRAM praktis berskala besar siap diterapkan secara komersial. Untuk sampai ke tahap tersebut, diperlukan jauh lebih banyak perangkat keras, galat terakumulasi yang jauh lebih rendah, sistem kontrol serta pembacaan yang dapat diskalakan, dan koreksi kesalahan tahan gangguan. Untuk saat ini, capaian tersebut merupakan langkah eksperimental penting menuju routing memori kuantum, sekaligus pengingat bahwa persoalan rekayasanya masih sangat besar.1