Ahli Matematika: Perangkat D-Wave sangat kuat, tetapi apakah itu komputer kuantum?

Komputer eksperimental buatan perusahaan Kanada telah membuktikan kemampuannya dalam memecahkan masalah matematika yang semakin kompleks. Namun pertanyaannya tetap – seberapa besar kekuatan komputasi ini sebenarnya disebabkan oleh sifat aneh mekanika kuantum?

Secara teori, komputer kuantum dapat melakukan perhitungan jauh lebih cepat dibandingkan komputer klasik untuk memecahkan masalah yang sangat kompleks. Mereka melakukan ini dengan menyimpan informasi dalam bit kuantum, atau bit kuantum.

Pada saat tertentu, masing-masing bit komputer klasik hanya dapat berada dalam keadaan “hidup” atau “mati”. Mereka ada dalam sirkuit elektronik konvensional, yang mengikuti aturan fisika klasik abad ke-19. Sebaliknya, qubit dapat dibuat dengan elektron, atau di dalam loop superkonduktor. Dengan mematuhi logika mekanika kuantum yang berlawanan dengan intuisi, qubit dapat berperilaku seolah-olah “hidup” dan “mati” pada saat yang bersamaan. Ia juga dapat digabungkan secara erat dengan keadaan qubit-qubit lainnya, sebuah situasi yang disebut keterjeratan. Ini adalah dua sifat tidak biasa yang memungkinkan komputer kuantum menguji beberapa solusi secara bersamaan.

Namun dalam praktiknya, komputer kuantum fisik sangat sulit dijalankan. Keterikatan itu rumit dan sangat mudah diganggu oleh pengaruh luar. Tambahkan lebih banyak qubit untuk meningkatkan daya komputasi perangkat, dan mempertahankan keterikatan menjadi lebih sulit.

Alih-alih berjuang untuk menjaga keseimbangan jumlah qubit yang terus meningkat, D-Wave Systems telah berinvestasi dalam jenis komputer kuantum yang berbeda, di mana keterjeratan tidak begitu penting. Mereka bertujuan untuk menciptakan komputer “adiabatik”, di mana qubit dimulai dalam keadaan energi rendah yang sederhana dan perlahan-lahan dipindahkan ke keadaan yang mewakili solusi terbaik. Hal ini memungkinkan perusahaan untuk memasukkan 512 qubit dalam modelnya saat ini, D-Wave Two.

D-Wave menggunakan bentuk komputasi kuantum adiabatik terbatas yang disebut anil kuantum, di mana qubit berada dalam kumpulan kebisingan, atau fluktuasi listrik acak, yang dapat mengganggu kondisi halusnya, jelas Daniel Lidar, yang mengawasi penggunaan D. -Perangkat Gelombang Dua di University of Southern California.

Ini membantu untuk membandingkan komputer yang menggunakan pijar kuantum dengan penjelajah yang mencari titik terendah dalam lanskap pegunungan dan lembah. “Pikirkan ketinggian lanskap sebagai energi dari masalah yang kita coba selesaikan,” saran Lidar. “Kami memecahkan masalah ini setelah kami mengurangi energinya, atau tiba di lembah terdalam.”

Penjelajah “klasik” harus menempuh medan sendirian, yang akan memakan waktu lama. Namun ekspedisi kuantum dapat mensurvei seluruh lanskap dengan banyak pejalan kaki sekaligus. “Anda memiliki banyak salinan lanskap ini dan banyak pejalan kaki acak yang berjalan sekaligus, tapi dengan harga satu,” jelas Lidar.

Quantum annealing adalah salah satu metode untuk memecahkan masalah optimasi, di mana Anda harus menemukan solusi terbaik dari semua kemungkinan solusi, seperti menentukan jalur paling efisien antara beberapa tujuan perjalanan. Saat Anda memberikan masalah pengoptimalan pada D-Wave, D-Wave kemudian menggunakan anil kuantum untuk mencapai solusi terbaik.

Dalam upaya menerapkan algoritma adiabatik pada masalah praktis, peneliti bekerja sama dengan D-Wave menggunakan metode ini untuk menghitung bilangan Ramsey. Angka Ramsey menunjukkan kapan keteraturan akan muncul dalam sistem yang tidak teratur. Misalnya, mereka menghitung berapa banyak orang yang harus Anda undang ke pesta untuk memastikan bahwa setidaknya beberapa tamu adalah teman bersama.

Para ilmuwan mengubah penghitungan angka Ramsey menjadi masalah pengoptimalan dan menjalankannya dengan 84 qubit dari perangkat D-Wave 128-qubit. Saat mereka berdiskusi Surat Tinjauan FisikD-Wave mengembalikan nilai yang benar untuk dua nomor Ramsey yang diketahui. Di masa depan, algoritma ini juga akan dapat menghitung angka Ramsey yang tidak diketahui dengan memasukkan lebih banyak qubit.

“Kami hanya mencoba untuk mendapatkan bukti prinsip algoritma dan mengujinya pada perangkat keras,” kata penulis studi Frank Gaitan, dari University of Maryland. “Mungkin kita bisa mendapatkan nomor Ramsey baru seiring dengan bertambahnya ukuran chip, tapi saat ini hal itu tidak realistis.”

Meskipun penelitian ini membuktikan bahwa D-Wave dapat memecahkan masalah jenis ini, hal ini tidak membuktikan bahwa mesin tersebut menggunakan metode kuantum untuk menyelesaikannya.

Para ilmuwan telah memperdebatkan sifat kuantum D-Wave sejak perusahaan tersebut mengumumkan perangkat pertamanya pada tahun 2004. Argumen ini terus berlanjut baik secara online, di postingan blog dan forum, serta di jurnal ilmiah.

Satu sisi membantah ada terlalu banyak noise dalam sistem D-Wave, yang mencegah keterikatan yang konsisten. Namun dalam perangkat adiabatik, jenis keterjeratan tertentu tidak sepenting model tradisional komputer kuantum.

Beberapa peneliti mencoba memecahkan misteri ini dengan membuktikan ada tidaknya keterjeratan. Jika mereka menunjukkan bahwa tidak ada keterikatan, maka diskusi akan berakhir. Di sisi lain, meskipun beberapa qubit D-Wave terjerat, bukan berarti perangkat mendapat manfaat darinya.

Cara lain untuk membuktikan kuantum D-Wave adalah dengan memastikan bahwa D-Wave memang melakukan anil kuantum dan bukan anil klasik. Lidar telah menerbitkan karya untuk efek ini, tapi itu menyebabkan oposisidan kemudian a tandingan. Perdebatan berlanjut.

Bahkan perhitungan cepat D-Wave tidak berfungsi sebagai bukti asal usul kuantum. Seorang peneliti berhasil menemukan D-Wave dilakukan 3600 kali lebih cepat dari perangkat klasik. Namun, algoritma klasik lainnya telah sangat mengurangi besarnya percepatan ini.

“Kami yakin perangkat tersebut jelas merupakan komputer kuantum.” kata Colin Williams, ilmuwan Ph.D di D-Wave yang menjabat sebagai direktur pengembangan bisnis dan kemitraan strategis.