Para ilmuwan di Quantinuum telah mengumumkan penciptaan Helios, sebuah komputer kuantum inovatif yang diklaim paling kuat yang ada saat ini. Sistem baru ini memiliki kemampuan yang bahkan melebihi superkomputer paling kuat sekalipun, dan berpotensi memerlukan lebih banyak energi daripada quasar – benda langit yang sangat terang – untuk mencapai kinerja yang sebanding dengan menggunakan metode komputasi konvensional. Terobosan ini memiliki potensi besar bagi penemuan ilmiah dan kemajuan teknologi.
Arsitektur Helios
Inti dari Helios terdapat unit pemrosesan kuantum (QPU) yang terdiri dari 98 qubit fisik, masing-masing dibuat dari ion barium. Qubit-qubit ini disusun dalam formasi “perangkap ion persimpangan” yang unik, menyerupai cincin dengan persimpangan silang di dasarnya dan memanjang menjadi dua batang paralel.
Meningkatkan Kinerja Melalui Koreksi Kesalahan
Pengaturan khusus ini secara signifikan meningkatkan deteksi dan koreksi kesalahan, sehingga menghasilkan kinerja yang unggul dibandingkan QPU yang ada. Ilmuwan kuantum mencapai hal ini dengan menyatukan 98 qubit fisik menjadi 48 qubit logis yang sepenuhnya terkoreksi kesalahan. Qubit logis ini berfungsi sebagai kumpulan berpasangan, menggabungkan qubit cadangan untuk meminimalkan kemungkinan kegagalan. Tim ini mendemonstrasikan “kinerja yang lebih baik daripada titik impas”, yang berarti kode koreksi kesalahan benar-benar meningkatkan output prosesor dibandingkan dengan menjalankan perhitungan tanpa kode tersebut – suatu prestasi yang menantang. Meskipun asumsi sebelumnya menyarankan rasio 10:1 antara qubit fisik dan logis, Quantinuum mencapai rasio 2:1 yang mengesankan, membuka jalan bagi penskalaan ke sistem yang lebih besar.
Bahasa Pemrograman dan Mesin Kontrol Baru
Untuk melengkapi perangkat kerasnya, tim mengembangkan Guppy, bahasa pemrograman baru berdasarkan Python yang banyak digunakan, dirancang untuk kompatibilitas dengan sistem yang toleran terhadap kesalahan di masa depan. Yang terpenting, mereka juga membangun tumpukan kontrol yang canggih, termasuk mesin kontrol real-time—yang merupakan “otak klasik” dari mesin tersebut—yang dapat mendeteksi dan menyelesaikan kesalahan. Mesin ini menggunakan GPU Nvidia untuk memecahkan kode informasi kesalahan dan mengirimkan koreksi kembali ke komputer kuantum, memastikan pengoperasian yang efisien dan mitigasi kesalahan.
Tolok Ukur dan Kesetiaan
Sistem Helios telah menunjukkan kinerja luar biasa dalam serangkaian eksperimen benchmark. QPU mencapai fidelitas 99,921% yang luar biasa di semua pasangan qubit dan 99,9975% fidelitas di gerbang kuantum qubit tunggal. Tim ini memecahkan rekor sebelumnya dalam benchmark random Circuit Sampling (RCS)—yang sebelumnya dibuat oleh Willow QPU Google—yang semakin memperkuat posisi Helios sebagai pemimpin dalam komputasi kuantum.
Pentingnya Koreksi Kesalahan
Meskipun beberapa komputer kuantum memiliki lebih banyak qubit fisik, kinerjanya bergantung pada kualitas qubit dan meminimalkan tingkat kesalahan. Inilah sebabnya mengapa para ilmuwan semakin fokus pada koreksi kesalahan kuantum (QEC), yang mengatasi tingkat kesalahan yang jauh lebih tinggi pada qubit dibandingkan bit pada komputer konvensional.
Penemuan Baru Melalui Simulasi
Untuk menunjukkan kemampuan Helios, para ilmuwan mensimulasikan logam superkonduktor bersuhu tinggi, yang mengungkap perilaku elektron yang sebelumnya tidak diketahui. Mereka menemukan bahwa elektron berpasangan melalui belitan saat berada dalam keadaan superkonduktor—sebuah “tanda superkonduktivitas”—dan tanda ini menghilang ketika logam tidak menjadi superkonduktor.
Mengamati yang Tidak Dapat Diamati
Pengamatan ini berasal dari model yang didasarkan pada eksperimen sebelumnya di mana para ilmuwan secara singkat menginduksi superkonduktivitas pada sepotong logam La3Ni2O. Simulasi ini memungkinkan para ilmuwan untuk mengamati fenomena pada tingkat atom – sesuatu yang mustahil dilakukan dalam eksperimen “laboratorium basah” tradisional yang menggunakan material tersebut. Mesin baru ini menandai komputer kuantum pertama yang mampu mengamati fenomena ini, membuka jalan baru bagi penelitian ilmu material.
Jalan ke Depan
Setelah membangun arsitektur komputasi kuantum yang inovatif ini, Quantinuum yakin akan skalabilitasnya. Desain perangkap ion persimpangan memungkinkan perutean dan pemasangan qubit yang efisien, dan para peneliti membayangkan mengintegrasikan banyak persimpangan tersebut ke dalam mesin masa depan, memungkinkan penskalaan besar-besaran dan membawa komputasi kuantum mendekati kemampuan superkomputer klasik.
“Anda dapat menganggapnya sebagai persimpangan lalu lintas bagi qubit untuk mengarahkannya dengan sangat efisien dan memasangkannya,” kata Hayes, merujuk pada persimpangan yang mengikuti ring dalam pengaturan baru. “Dan sekarang setelah mesin ini berfungsi, kami pikir akan cukup mudah untuk memasukkan banyak hal ini untuk mencoba menutup jendela ke dalam mesin generasi berikutnya dan benar-benar meningkatkan mesin ini ke jumlah yang sangat besar.”
Pengembangan Helios mewakili lompatan maju yang signifikan dalam komputasi kuantum, menawarkan kekuatan dan presisi yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk eksplorasi ilmiah dan membuka jalan bagi terobosan masa depan di berbagai bidang.
