Peneliti Universitas Oxford menunjukkan cara baru untuk membuat komputasi kuantum bekerja lebih besar tanpa harus memaksa semua qubit masuk ke satu mesin. Dalam uji laboratorium itu, dua komputer kuantum terpisah yang berada sekitar dua meter satu sama lain berhasil bertindak seperti satu sistem lewat sambungan fotonik dan teknik yang disebut quantum gate teleportation.
Hasil ini penting karena salah satu hambatan terbesar komputasi kuantum selama ini adalah skala. Semakin banyak qubit yang ditempatkan dalam satu prosesor, semakin sulit sistem dijaga tetap stabil, akurat, dan tidak mudah terganggu oleh noise.
Dari satu mesin besar ke sistem modular
Pendekatan tim Oxford tidak mengejar komputer kuantum raksasa dalam satu perangkat. Sebaliknya, mereka menghubungkan modul-modul kecil agar bisa bekerja bersama sebagai satu kesatuan, mirip arah perkembangan pada superkomputer klasik yang menggabungkan banyak unit komputasi.
Menurut Dougal Main, peneliti Oxford Physics, koneksi fotonik memberi fleksibilitas karena modul dapat ditingkatkan atau diganti tanpa mengganggu arsitektur secara keseluruhan. Model seperti ini juga membuka jalan bagi desain komputasi kuantum yang lebih mudah dirawat dan dikembangkan secara bertahap.
Bagaimana dua komputer kuantum itu dihubungkan
Dalam eksperimen tersebut, masing-masing modul berisi dua ion terperangkap di dalam vakum dan dijaga dengan medan listrik. Satu ion strontium berfungsi sebagai network qubit yang bisa berinteraksi dengan cahaya, sedangkan satu ion kalsium bertugas sebagai circuit qubit untuk menyimpan dan memproses informasi kuantum.
Kedua modul itu diberi nama Alice dan Bob. Untuk menghubungkannya, masing-masing modul memancarkan foton ke Bell-state analyzer di tengah sistem, lalu foton-foton itu berinterferensi dan membentuk entanglement antara qubit jaringan yang berjauhan.
Dari sana, peneliti menggunakan operasi lokal dan komunikasi klasik untuk memindahkan sebuah controlled-Z atau CZ gate antar circuit qubit. Artinya, data kuantum tidak perlu berpindah secara fisik dari satu prosesor ke prosesor lain, karena koneksi entangled berfungsi sebagai jembatan kuantum.
Angka yang dicapai dan batasannya
Tim Oxford melaporkan fidelitas koneksi entangled jarak jauh sebesar 96,89 persen. Fidelity rata-rata untuk CZ gate yang ditransfer mencapai 86,2 persen, sementara iSWAP gate berada di angka 70 persen dan SWAP gate 64 persen.
Capaian itu belum cukup untuk mesin tahan-gagal skala besar, tetapi cukup kuat untuk menunjukkan bahwa rangkaian kuantum nyata bisa dijalankan lewat sistem terdistribusi. Peneliti juga menjalankan Grover’s algorithm pada platform ini, sebuah uji penting untuk pencarian data yang lebih efisien dibanding komputer klasik pada kasus tertentu.
Dalam versi dua-qubit, sistem harus menemukan satu item bertanda dari empat kemungkinan. Pada 500 pengulangan untuk setiap item bertanda, tingkat keberhasilan rata-rata mencapai 71 persen.
Tantangan teknis masih nyata
Oxford juga tidak menutup kelemahan eksperimen ini. Sebagian besar error utama justru datang dari operasi lokal di dalam tiap modul, bukan dari ide menghubungkan dua prosesor kuantum melalui jaringan.
Selain itu, pembentukan entanglement jarak jauh masih lambat. Setiap percobaan memakan 1.168 nanodetik, tetapi keberhasilan baru muncul rata-rata setelah 7.084 percobaan. Angka itu setara dengan probabilitas sukses 1,41 × 10⁻⁴ per percobaan dan waktu rata-rata sekitar 103 milidetik, dengan laju pembentukan entanglement keseluruhan 9,7 per detik.
Meski demikian, performa inti sistem tetap memberi sinyal positif. Circuit qubit mempertahankan informasi kuantum yang tersimpan selama proses entanglement dengan fidelitas 98,1 persen dan 98,2 persen di dua modul, sementara local mixed-species entangling gates mencapai 97,6 persen dan 98,0 persen.
Arah baru untuk komputasi kuantum
Profesor David Lucas, peneliti utama studi ini, mengatakan bahwa eksperimen tersebut menunjukkan network-distributed quantum information processing sudah feasible dengan teknologi saat ini. Main menambahkan bahwa pendekatan ini memungkinkan operasi logika kuantum dilakukan antar qubit yang berada di komputer kuantum berbeda, sehingga dua prosesor bisa “diikat” menjadi satu mesin.
Pendekatan berbasis foton juga dinilai tidak bergantung pada satu jenis perangkat keras tertentu. Secara prinsip, metode ini bisa menghubungkan trapped ions, neutral atoms, hingga perangkat berbasis diamond, dan dengan dukungan quantum repeater, jaringan semacam ini berpotensi menjangkau jarak yang lebih luas.
Temuan ini memperkuat gagasan modular quantum computing sebagai jalan untuk membangun mesin kuantum skala besar yang lebih mudah di-upgrade, lebih lentur, dan lebih realistis secara teknis, sambil membuka bayangan tentang quantum internet yang menghubungkan prosesor-prosesor kuantum berjauhan dalam satu jaringan terintegrasi.
