Yale memimpin upaya senilai US$37,5 juta selama lima tahun yang didukung National Science Foundation untuk mengatasi koreksi kesalahan kuantum, hambatan utama bagi komputasi kuantum yang andal. NSF Quantum Leap Challenge Institute for Physics and Engineering of Practical Quantum Error Correction yang baru, dikenal sebagai NSF PRACTIQAL, menghimpun peneliti lintas disiplin dan universitas untuk mengembangkan jalur menuju komputer kuantum praktis berskala industri. Pekerjaan ini penting karena mesin kuantum harus mengidentifikasi dan memperbaiki kesalahan lebih cepat daripada kesalahan itu terjadi agar cukup andal untuk penggunaan di dunia nyata. .
Fakta utama
- Hibah NSF bernilai total US$37,5 juta dan mendukung proyek lima tahun yang dipimpin Yale.
- NSF PRACTIQAL akan menangani koreksi kesalahan kuantum, dari qubit fisik dan elektronika kendali hingga algoritme.
- Pusat ini akan berfokus pada peningkatan skala mesin yang telah dikoreksi kesalahannya dan pada “qubit penghapusan”, yang dirancang untuk memberi sinyal tempat dan waktu terjadinya kesalahan.
- Penghargaan ini merupakan satu dari delapan hibah NSF Quantum Leap Challenge Institute untuk pusat riset interdisipliner berskala besar.
Maknanya bagi peneliti dan universitas
Bagi peneliti dan universitas yang berpartisipasi, NSF PRACTIQAL menciptakan program terkoordinasi yang mencakup fisika, teknik, ilmu komputer, dan kimia. Alih-alih memperlakukan perangkat keras, kode koreksi kesalahan, dan algoritme sebagai persoalan terpisah, pusat ini bertujuan mengoptimalkannya secara bersama-sama, dengan tujuan menjadikan sistem kuantum toleran kesalahan lebih dapat dicapai, efisien, dan praktis.
Fakultas Yale yang terlibat mencakup Robert Schoelkopf dan Michael Hatridge, bersama Yongshan Ding, Lin Zhong, Aleksander Kubica, Shruti Puri, Steven Girvin, Konrad Lehnert, dan Victor Batista. Institut ini juga mencakup universitas mitra, mitra industri, dan dewan penasihat eksternal yang dimaksudkan untuk membantu menjaga relevansi risetnya bagi komunitas komputasi kuantum yang lebih luas.
Mengapa koreksi kesalahan kuantum menjadi tantangan utama proyek ini?
Koreksi kesalahan kuantum menjadi inti karena qubit rapuh: derau dan faktor lingkungan lain dapat mengganggu keadaan kuantumnya. Karena itu, mesin praktis perlu mendeteksi dan memperbaiki kesalahan lebih cepat daripada kemunculan kesalahan tersebut. NSF PRACTIQAL dirancang untuk menyelidiki sains dan rekayasa yang diperlukan agar proses itu lebih efisien dan dapat diterapkan pada sistem yang lebih besar.
Informasi dalam komputasi konvensional direpresentasikan oleh angka satu dan nol yang kuat, sedangkan qubit jauh lebih rentan terhadap kesalahan. Perbedaan ini menjadikan keandalan sebagai hambatan besar bagi komputasi kuantum, meskipun teknologi ini berpotensi menangani persoalan yang hampir mustahil bagi komputer klasik, termasuk kemungkinan penerapan dalam ilmu material dan pengembangan obat.
“Saat ini, koreksi kesalahan adalah tantangan ilmiah dan rekayasa utama untuk menjadikan komputasi kuantum bermanfaat,” kata Robert Schoelkopf, direktur pusat tersebut dan Sterling Professor of Applied Physics.
Bagaimana NSF PRACTIQAL berencana menghubungkan tumpukan komputasi kuantum
Pendekatan pusat ini adalah bekerja di setiap tingkat komputer kuantum. Para penelitinya akan mempelajari qubit fisik dan elektronika kendali, serta kode dan algoritme yang digunakan untuk mengoperasikan mesin. Tujuannya adalah memastikan perangkat keras dan perangkat lunak dirancang untuk menjalankan jenis kode yang kompatibel, sehingga meningkatkan efisiensi dan mengurangi kerentanan terhadap kesalahan.
Salah satu prioritas riset adalah mengidentifikasi persoalan yang memperlambat peningkatan skala mesin yang telah dikoreksi kesalahannya. Prioritas kedua adalah mengeksplorasi qubit penghapusan, yang dipelopori oleh anggota tim PRACTIQAL. Qubit yang dirancang khusus ini berfungsi sebagai penanda yang mengidentifikasi lokasi dan waktu suatu kesalahan; institut akan mengkaji pendekatan tersebut sebagai bagian dari upaya menjadikan koreksi kesalahan lebih praktis.
Michael Hatridge, wakil direktur PRACTIQAL dan associate professor of applied physics, mengatakan banyak pekerjaan sebelumnya berfokus pada mesin yang sangat kecil dan dioptimalkan untuk koreksi kesalahan. Tujuan kelompok ini adalah memperpendek jalan menuju komputer kuantum berskala besar yang telah dikoreksi kesalahannya dengan membuktikan gagasan dan menyusun jalur bagi sistem yang lebih besar, alih-alih membangun sistem raksasa itu sendiri.
Hasil yang dituju oleh upaya lima tahun ini
Pada akhir proyek lima tahun tersebut, para peneliti berharap telah mengembangkan jalur menuju komputer dengan koreksi kesalahan yang praktis dalam skala industri. Peran institut ini adalah mengoordinasikan keahlian yang sering kali terkonsentrasi pada komponen individual dan menerapkannya pada desain mesin secara menyeluruh yang dioptimalkan.
Hibah NSF ini merupakan satu dari delapan penghargaan untuk Quantum Leap Challenge Institutes, yakni pusat interdisipliner berskala besar yang menangani tantangan utama dalam sains dan teknologi informasi kuantum. Bagi Yale dan para kolaboratornya, hibah tersebut mendukung upaya menghubungkan riset mendasar tentang kesalahan pada perangkat kuantum dengan pilihan perangkat keras dan perangkat lunak yang diperlukan untuk mesin andal.
Pertanyaan yang sering diajukan
Apa itu NSF PRACTIQAL?
NSF PRACTIQAL adalah NSF Quantum Leap Challenge Institute for Physics and Engineering of Practical Quantum Error Correction. Dipimpin Yale, pusat senilai US$37,5 juta selama lima tahun ini menghimpun ilmuwan komputer, ahli kimia, fisikawan, dan insinyur untuk memajukan komputasi kuantum berskala besar dengan koreksi kesalahan.
Apa itu qubit penghapusan?
Qubit penghapusan adalah qubit yang dirancang khusus untuk memberi sinyal secara tepat di mana dan kapan suatu kesalahan terjadi. NSF PRACTIQAL akan mengeksplorasi penggunaannya sebagai bagian dari upaya menjadikan koreksi kesalahan kuantum lebih praktis dan efisien.
