Algoritma Kuantum Materi, Ungkap Asal-usul Alam Semesta & Partikel!
Para peneliti telah menggunakan komputer kuantum IBM untuk menciptakan sirkuit kuantum yang dapat diskalakan (scalable). Sirkuit ini mampu mensimulasikan bagaimana materi berperilaku di bawah kondisi ekstrem. Penemuan ini bisa memberikan wawasan baru tentang gaya-gaya fundamental alam semesta dan bahkan menjelaskan mengapa materi itu ada. Ini adalah terobosan besar dalam memahami alam semesta kita dengan Algoritma Kuantum Materi yang baru.
Mensimulasikan perilaku materi di bawah kondisi ekstrem adalah kunci untuk menjelajahi beberapa pertanyaan terdalam tentang alam semesta. Model Standar fisika partikel menjelaskan bagaimana partikel fundamental berinteraksi. Namun, saat sistem menjadi sangat dinamis atau mencapai keadaan yang sangat padat, persamaan Model Standar menjadi hampir tidak mungkin dipecahkan, bahkan dengan superkomputer klasik tercanggih sekalipun. Di sinilah komputasi kuantum menawarkan cara baru yang kuat untuk memodelkan sistem kompleks ini dengan efisiensi yang jauh lebih besar.
Salah satu tantangan terbesar dalam simulasi kuantum adalah menyiapkan keadaan awal materi yang tepat pada qubit komputer kuantum. Dalam terobosan besar, para ilmuwan kini telah mengembangkan sirkuit kuantum yang dapat diskalakan (scalable) yang mampu menghasilkan keadaan awal tabrakan partikel, mirip dengan yang dihasilkan di akselerator partikel. Pekerjaan ini berfokus pada interaksi kuat yang dijelaskan dalam Model Standar, yang mengatur perilaku quark dan gluon di dalam inti atom.
Baca juga: Mesin Stirling Pendingin Radiatif, Hasilkan Listrik dari Dinginnya Angkasa
Tim peneliti pertama-tama merancang dan menguji sirkuit ini untuk sistem skala kecil menggunakan komputer klasik. Mereka kemudian menggunakan struktur sirkuit yang dapat diskalakan untuk memperluas pendekatan ke sistem yang jauh lebih besar yang disimulasikan langsung di komputer kuantum. Dengan menggunakan prosesor kuantum IBM, para peneliti berhasil memodelkan fitur-fitur utama fisika nuklir pada lebih dari 100 qubit, menandai langkah signifikan menuju simulasi kuantum praktis.
Jalan Menuju Simulasi Kuantum yang Kompleks
Algoritma Kuantum Materi yang dapat diskalakan ini merupakan jalan menjanjikan untuk mengatasi beberapa masalah paling kompleks dalam fisika. Mereka dapat diterapkan untuk memodelkan keadaan vakum sebelum tabrakan partikel, mempelajari materi pada kepadatan yang sangat tinggi, dan mensimulasikan berkas hadron. Para ilmuwan mengantisipasi bahwa seiring berkembangnya metode ini, simulasi kuantum berbasis sirkuit yang dapat diskalakan pada akhirnya akan mengungguli komputasi klasik, menawarkan wawasan baru tentang cara kerja fundamental materi dan alam semesta.
Simulasi ini akan memberikan wawasan tentang mekanisme yang mengatur dinamika partikel fundamental dan alam semesta kita. Mereka dapat membantu menjawab pertanyaan mengapa ada lebih banyak materi daripada antimateri, bagaimana supernova menghasilkan unsur-unsur berat, dan sifat-sifat materi pada kepadatan sangat tinggi. Sirkuit kuantum ini juga harus membantu mensimulasikan sistem kompleks lainnya, termasuk jenis material eksotis.
Baca juga: Germanium Superkonduktor, Revolusi Chip Tanpa Boros Energi
Para fisikawan nuklir melakukan simulasi kuantum digital terbesar hingga saat ini menggunakan komputer kuantum IBM. Simetri dan hierarki dalam skala panjang sistem fisik membantu dalam penemuan sirkuit kuantum yang dapat diskalakan untuk menyiapkan keadaan dengan korelasi terlokalisasi pada komputer kuantum. Para peneliti mendemonstrasikan kegunaan algoritma ini dengan menyiapkan vakum dan hadron elektrodinamika kuantum dalam satu dimensi spasial.
Meningkatkan Skala Simulasi Kuantum
Tim melakukan simulasi menggunakan komputer klasik untuk sistem kecil guna menentukan elemen sirkuit kuantum yang dapat diskalakan, dan untuk menunjukkan bahwa keadaannya dapat ditingkatkan secara sistematis. Para peneliti meningkatkan skala sirkuit ke ukuran sistem lebih dari 100 qubit dan mengimplementasikan sirkuit pada komputer kuantum IBM. Tim menggunakan hasil dari komputer kuantum untuk menentukan sifat-sifat vakum dengan akurasi tingkat persen.
Selain itu, mereka menggunakan sirkuit yang dapat diskalakan untuk menyiapkan pulsa hadron, yang berevolusi seiring waktu untuk mengamati penyebarannya. Perkembangan ini memberikan cara yang menjanjikan untuk pada akhirnya melakukan simulasi dinamis materi dalam kondisi ekstrem yang melampaui kemampuan komputasi klasik saja. Dengan Algoritma Kuantum Materi ini, kita selangkah lebih dekat untuk mengungkap misteri fundamental alam semesta.
Referensi: DOI: 10.1103/PRXQuantum.5.020315 & DOI: 10.1103/PhysRevD.109.114510
