Anda mungkin terbiasa dengan qubit, unit mendasar dari informasi kuantum. Seperti namanya, qubit dalam komputer kuantum melakukan fungsi yang sama dengan sedikit di komputer klasik, dengan perbedaan besar: qubit dapat diperlakukan sebagai 0 atau 1 secara bersamaan, memungkinkan sistem kuantum untuk memproses informasi jauh lebih cepat daripada sistem klasik tercepat.
Tetapi ada juga qudit, cara berbeda untuk menyimpan dan memanfaatkan informasi kuantum. Gizmodo berbicara kepada Christine Muschik, seorang peneliti kuantum di Institut Perimeter untuk Fisika Teoritis dan Universitas Waterloo, Ontario, tentang unit komputasi, yang dapat memanfaatkan prinsip utama sistem kuantum untuk melakukan komputasi yang lebih rumit daripada yang mampu dilakukan oleh komputer klasik.
ADVERTISEMENT
SCROLL TO RESUME CONTENT
Tim Muschik menerbitkan penelitian minggu lalu di Nature Physics bahwa mereka mengatakan “Buka pintu untuk simulasi kuantum yang efisien perangkat keras dari teori pengukur dengan qudit di perangkat kuantum jangka pendek.” Makalah baru Muschik datang pada tumit makalah 2021 tentang subjek yang sama, yang diterbitkan dalam PRX Quantum.
Gizmodo berbicara dengan Muschik melalui telepon untuk membahas sifat makalah penelitian dan masa depan Qudits secara lebih luas. Di bawah ini adalah percakapan kami, diedit dengan ringan untuk kejelasan.
Isaac Schultz, Gizmodo: Saya menyadari bahwa Anda memiliki makalah baru ini, tetapi mungkin pertama -tama kita bisa berbicara tentang istilah Qudit, dan apa artinya itu.
Christine Muschik: Kami ingin membuat komputasi seefisien dan sekuat mungkin. Jadi itulah misi menyeluruh, untuk membuat komputasi sekuat mungkin. Langkah nomor satu, tentu saja, bahwa kami pikir komputer kuantum memiliki kesempatan untuk menjadi lebih kuat. Tetapi begitu kita berada di rute memanfaatkan kuantum, apa cara paling efisien untuk melakukannya? Bidang ini sangat terinspirasi oleh cara kerja komputer reguler, karena di komputer biasa, Anda memiliki nol dan satu, dan Anda dapat melakukan operasi logis untuk itu. Bagaimana sebagian besar komputer kuantum bekerja adalah Anda juga mengambil nol dan satu, hanya Anda menambahkan sedikit kuantum ke dalamnya. Nol dan satu bisa berada di superposisi, dan kemudian, bukannya sedikit, Anda memiliki qubit. Tapi filosofinya sama. Anda memiliki nol dan satu, dan itulah cara Anda memproses informasi Anda.
Sekarang Anda memiliki Qudits, dengan 'd'— karena mengapa kita berhenti di dua level? Tidak bisakah kita melanjutkan saja? Di komputer kuantum modern Anda menyandikan qubit Anda, Anda hanya memiliki dua level dan semua yang lain yang Anda abaikan. Tetapi apa yang terjadi jika kita tidak mengabaikan semua negara bagian lain, tetapi kita menyandikan informasi (di dalamnya)? Kami mulai dengan qutrit – hanya satu level lagi – pembawa informasi tunggal sekarang tiga level, tiga kemungkinan negara.
Gizmodo: Jika Anda memperlakukan masing -masing dari mereka sebagai cara yang berbeda dalam pengkodean informasi, sepertinya Anda dapat mengkodekan informasi lebih lanjut secara eksponensial.
Christine Muschik: Anda dapat menyesuaikan lebih banyak informasi dengan menggunakan lebih banyak level, tetapi tidak secara eksponensial lebih banyak. Jika saya mengirimi Anda sedikit, saya dapat mengirimi Anda ya atau tidak, tetapi jika saya mengirimi Anda (qutrit), saya memiliki pilihan antara ya, tidak, dan mungkin.
Gizmodo: Bagaimana itu mengubah pengoperasian komputer kuantum?
Christine Muschik: Ada harga yang harus dibayar, dan kemudian ada hadiah yang kami peroleh. Anda harus memiliki lebih banyak kontrol di lebih banyak tingkatan, tetapi hadiahnya adalah bahwa Anda memiliki sejumlah pembawa informasi – daftar – yang jauh lebih ringkas.
Yang paling penting adalah kompleksitas sirkuit Anda menyusut. Kami dalam bisnis merancang sirkuit logis, dan apa yang menghambat tim saya dan saya sepanjang waktu yang aneh adalah bahwa jika sirkuit menjadi terlalu lama, itulah hambatan kami. Komputer kuantum tidak pernah dikoreksi, dan setiap kali Anda melakukan operasi, Anda memperkenalkan sedikit noise. Jika Anda memiliki sirkuit yang panjang, panjang, panjang, panjang, Anda mengumpulkan begitu banyak suara sehingga pada akhirnya Anda hanya melihat kebisingan dan bukan jawaban Anda. Itu sakit kepala kami, dan mengapa kami tidak tidur nyenyak.
Apa yang kami sadari dengan Qudit ini adalah bahwa, karena informasi dimanipulasi dengan begitu efisien, seperti Anda menempatkan sirkuit Anda pada diet. Semuanya lebih efisien, dan Anda mendapatkan hasil Anda lebih cepat dan dengan lebih sedikit kebisingan.
Gizmodo: Sekarang kami benar -benar menyentuh penelitian – dapatkah Anda berbicara dengan makalah terbaru tim Anda dan persis apa yang Anda temukan? Bagaimana cara menggerakkan jarum pada ide ini?
Christine Muschik: Tim saya memiliki mimpi ini bahwa kami ingin mensimulasikan interaksi partikel mendasar – itu sebenarnya untuk apa saya mendapatkan pekerjaan saya, untuk mensimulasikan interaksi partikel mendasar. Tapi itu sangat sulit dilakukan di komputer kuantum. Anda memiliki banyak kebisingan. Kami memiliki impian interaksi partikel mendasar dan tim lain ini dalam bisnis membangun komputer kuantum qudit. Kami bergabung.
Saya berpendapat hasil kami memindahkan jarum dua kali lipat. Kami dapat mensimulasikan interaksi partikel mendasar di luar 1D – itulah hal pertama yang kami lakukan. Tapi secara tidak sengaja, kami juga menyelesaikan sesuatu yang lain: algoritma Qudit penuh pertama. Kami menyatukan semuanya dan mengambilnya untuk berkendara, seluruh algoritma. Sekarang Anda memiliki kemampuan komputasi kami dapat menerapkan ini sekarang.
Gizmodo: Saya akan bertanya kepada Anda tentang aplikasi sekarang, sekarang setelah Anda memperoleh ini.
Christine Muschik: Hal yang jelas adalah dalam fisika partikel, di mana Anda dapat mensimulasikan banyak hal. Tapi kemudian ada juga masalah lain yang dapat Anda simulasikan, seperti dalam ilmu material, dan bahan kimia yang dapat Anda simulasikan. Ini juga sangat berguna dalam gagasan penggemar kuantum tentang internet kuantum yang ingin dibangun orang. Anda dapat membuat informasi lebih aman dalam komunikasi kuantum. Kami menyadari semua hal ini tahun lalu di musim panas di lokakarya bersama di Institute of Quantum Computing dan The Perimeter Institute, di mana kami menyatukan orang -orang eksperimental, ahli teori, dan pengguna. Minggu ini kami mulai menulis makalah Perspektif, karena kami ingin membuat peta jalan tentang bagaimana Qudit dapat berguna di berbagai bidang teknologi kuantum. Dan juga apa yang hilang – ada celah, lubang, dan dalam beberapa kasus ngarai informasi yang hilang. Untuk Qudits, bagaimana Anda melakukan mitigasi kesalahan, kontrol optimal, koreksi kesalahan? Ada banyak hal yang harus diketahui.
Gizmodo: Bagaimana simulasi dan jenis kerangka teori ini menikah dengan eksperimen dunia nyata yang terjadi di tempat -tempat seperti CERN, di LCLS – tempat mereka bertabrakan dan melihat interaksi subatomik seperti itu?
Christine Muschik: Semua komputer kuantum kami, seperti, benar -benar bukti konsep. Mereka kecil dan berisik. Kami sangat terbatas dengan apa yang bisa kami lakukan. Kita dapat menunjukkan bahwa itu berhasil, tetapi kita tidak dapat mengungguli komputer klasik terkuat. Kami bahkan tidak dapat mengungguli laptop saya. Untuk sementara komputer klasik akan jauh di depan (dari komputer kuantum), tetapi pada akhirnya mereka akan menabrak hambatan. Tapi begitu kita membangun (komputer kuantum) tidak ada yang memblokirnya. Ada tabrakan partikel di CERN – komputer kuantum, mudah -mudahan didasarkan pada Qudit – yang dapat membuat prediksi untuk tabrakan dan Anda dapat membandingkannya dengan eksperimen. Misalnya, kami mensimulasikan penciptaan pasangan partikel-partikel, yang merupakan sesuatu yang belum dapat kami lihat dalam percobaan dulu. Di masa depan, akan ada percobaan yang merobek pasangan partikel-antipartikel dalam QED keluar dari ruang hampa, dan karenanya kami ingin membandingkan dengan percobaan itu.
Tetapi ada beberapa masalah di mana komputer klasik sangat bagus, tidak ada alasan untuk membangun komputer kuantum yang mahal untuk itu. Tetapi jika Anda memiliki kondisi dengan banyak materi, atau apa pun yang dinamis – pikirkan bintang neutron, atau awal alam semesta – komputasi fisika partikel reguler berada di luar jendela.
Gizmodo: Anda menyebutkan bahwa Qudits harus ada dalam permainan ketika kita berbicara tentang tabrakan partikel. Strategi lain atau pendekatan komputasi kuantum sedang dijalankan yang mungkin bersaing di ruang itu?
Christine Muschik: Oh mereka sangat, sangat kompatibel. Beberapa orang berpikir bahwa qubit dan qudits akan menjadi pesaing, tetapi kami memiliki satu komputer kuantum yang registernya terdiri dari keduanya. Saya menyebutnya peluang penggabungan yang mulus – Anda benar -benar dapat mencolokkan dan bermain sesuai dengan apa yang Anda butuhkan.
Gizmodo: Apa secara spesifik sinergi mereka, dan pertanyaan apa yang lebih baik dieksplorasi menggunakan qubits versus qudits dan sebaliknya?
Christine Muschik: Dalam contoh kami, kami memiliki teori pengukur – hanya interaksi partikel mendasar – dan ia memiliki dua bahan mendasar. Salah satu bahan adalah materi – dalam kasus kami, kami memiliki elektron dan positron. Ternyata ada deskripsi yang sangat alami dalam hal qubit untuk elektron dan positron, jadi kami menyerahkannya pada qubit. Tetapi medan gaya – apa yang beberapa disebut boson pengukur kuantum – secara alami memiliki banyak tingkat yang berbeda. Anda membuat semuanya sangat tidak efisien jika Anda mencoba menggambarkan medan gaya ini dengan sistem dua tingkat. Kami bisa mendapatkan lebih banyak efisiensi menggunakan Qudit untuk itu. Infrastruktur Anda sama, Anda hanya memutuskan apa yang ingin Anda gunakan.
Gizmodo: Apa langkah selanjutnya tim Anda, dan langkah selanjutnya untuk Qudits secara umum? Apa artinya ini untuk fisika kuantum secara lebih umum?
Christine Muschik: Kami disimulasikan untuk pertama kalinya, interaksi partikel mendasar dengan materi dan medan gaya di luar satu dimensi. Yang perlu kita lakukan selanjutnya adalah kita perlu pergi ke tiga dimensi, bukan? Kami juga ingin pergi ke teori yang lebih rumit. Kami berbicara tentang elektron dan positron dan bagaimana mereka berinteraksi. Tapi selanjutnya kami ingin memasukkan quark dan gluons. Beberapa minggu yang lalu kami terjun ke penginderaan kuantum dengan Qudit. Dan kita juga perlu menyelidiki cara melakukan koreksi kesalahan yang lebih baik pada qudits ini. Jika Anda dapat memiliki efisiensi (Qudit) ini tetapi juga koreksi kesalahan di atas itu, maka Anda akan benar -benar dalam bisnis.
RakyatPos.ID Network
