Penelitian teori kuantum baru, yang dipimpin oleh para akademisi di Fakultas Fisika Universitas St Andrews, dapat mengubah cara para ilmuwan memprediksi bagaimana partikel-partikel kuantum berperilaku.
Teori kuantum merupakan landasan fisika modern, menjelaskan perilaku partikel yang terisolasi, seperti elektron yang mengorbit atom. Partikel kuantum memiliki potensi besar untuk berbagai aplikasi, seperti komputer kuantum yang kuat dengan potensi untuk memecahkan masalah kompleks jauh lebih cepat daripada komputer konvensional.
Dalam beberapa tahun terakhir, kemungkinan menggunakan keadaan partikel kuantum untuk menyimpan informasi telah menjadi kenyataan di laboratorium. Ini telah menyebabkan perkembangan prosesor kuantum yang dibuat hanya dari beberapa bit kuantum, ‘qubit’ – partikel yang menyimpan keadaan kuantum tertentu.
Tidak seperti bit-bit dalam komputer konvensional, yang dapat berupa nol atau satu, qubit dapat berada dalam ‘superposisi’ nol dan satu pada saat yang sama. Jika perhitungan dapat dilakukan pada superposisi ini, maka memungkinkan beberapa permasalahan, seperti mencari database yang harus dilakukan lebih cepat daripada di komputer biasa.
Penelitian baru, yang diterbitkan di Nature Communications, yang berfokus pada perilaku qubit individu, membuka kemungkinan simulasi yang lebih tepat dari generasi prosesor kuantum berikutnya dan dapat memungkinkan wawasan baru terhadap mekanika kuantum dan pengembangan komputer kuantum yang dapat diandalkan.
Penelitian, yang dipimpin oleh fisikawan teoritis, Dr. Brendon Lovett dan Dr. Jonathan Keeling, mencatat bahwa jika qubit nyata berperilaku seperti qubit dalam pelajaran, pencarian untuk membangun komputer kuantum akan mudah. Namun, tidak seperti model qubit dalam pelajaran, qubit di kehidupan nyata tidak pernah benar-benar terisolasi, mereka berinteraksi terus menerus dengan sejumlah besar partikel lain di dunia. Ini berarti bahwa mencoba untuk membuat model matematika dari perilaku qubit sangat sulit, karena kita sekarang juga perlu melacak apa yang dilakukan oleh dunia lain juga.
Untuk melakukan ini secara eksplisit membutuhkan sejumlah informasi yang tidak dapat disimpan, bahkan pada komputer terbesar yang kita miliki. Untuk menghindari hal ini, model sederhana dari interaksi antara qubit individu dan bagian dunia lainnya sering digunakan, tetapi ini dapat melewatkan efek penting.
Dr. Lovett mengatakan: “Penelitian kami telah menemukan cara baru untuk menjaga fraksi informasi yang paling relevan, memungkinkan deskripsi yang tepat tentang perilaku qubit bahkan pada laptop biasa. Pekerjaan ini tidak hanya membuka kemungkinan simulasi yang lebih tepat dari generasi selanjutnya dari prosesor kuantum tetapi memungkinkan kita dapat wawasan baru tentang bagaimana mekanika kuantum bekerja ketika sejumlah partikel disatukan.”
Makalah ‘Efficient non-Markovian quantum dynamics using time-evolving matrix product operators’ telah diterbitkan di Nature Communications.
