Para peneliti telah mencapai terobosan dalam fisika kuantum dengan menciptakan kristal waktu paling kompleks hingga saat ini di dalam komputer kuantum. Eksperimen ini tidak hanya mendorong batas-batas dari apa yang mungkin terjadi pada wujud materi yang eksotik ini; hal ini juga menyoroti pertumbuhan potensi komputer kuantum sebagai alat yang ampuh untuk penemuan ilmiah.
Dunia Kristal Waktu yang Aneh
Kristal tradisional menunjukkan pola berulang di ruang —bayangkan susunan atom yang teratur dalam berlian. Namun kristal waktu mengulangi pola dalam waktu. Alih-alih duduk diam, mereka melakukan siklus konfigurasi tanpa batas waktu, yang tampaknya melanggar aturan termodinamika yang umum.
Awalnya, gerakan abadi ini tampaknya melanggar fisika, namun selama dekade terakhir, para ilmuwan telah berhasil menciptakan kristal waktu di laboratorium. Kemajuan terbaru, dipimpin oleh Nicolás Lorente di Pusat Fisika Internasional Donostia di Spanyol, menggunakan komputer kuantum superkonduktor IBM untuk membangun versi yang jauh lebih kompleks daripada sebelumnya.
Dari Satu Dimensi ke Sarang Lebah: Kristal Waktu 2D
Penelitian sebelumnya terutama berfokus pada kristal waktu satu dimensi, mirip dengan garis atom sederhana. Tim Lorente menerima tantangan membangun kristal waktu dua dimensi. Mereka menggunakan 144 qubit superkonduktor, disusun dalam pola seperti sarang lebah, di mana setiap qubit bertindak sebagai partikel dengan putaran kuantum. Dengan mengontrol interaksi antara qubit-qubit ini secara tepat, mereka menginduksi perilaku kristal waktu.
Kuncinya tidak hanya menciptakan kristal waktu tetapi juga memprogram interaksi untuk menghasilkan kekuatan dan pola tertentu. Tingkat kendali ini memungkinkan mereka memetakan “diagram fase” sistem—yang pada dasarnya merupakan bagan komprehensif yang menunjukkan semua kemungkinan keadaan. Sama seperti diagram fase air yang menunjukkan apakah air itu cair, padat, atau gas, peta ini merinci perilaku sistem kuantum.
Mengapa Ini Penting: Komputer Kuantum sebagai Alat Desain Material
Jamie Garcia di IBM, yang tidak terafiliasi dengan penelitian ini, berpendapat bahwa eksperimen ini bisa menjadi langkah pertama menuju penggunaan komputer kuantum untuk merancang material baru. Memahami seluruh sifat sistem kuantum—bahkan yang tidak biasa seperti kristal waktu—dapat merevolusi ilmu material.
Saat ini, simulasi model kuantum yang kompleks terlalu menuntut komputer konvensional, seringkali memerlukan perkiraan. Tetapi bahkan komputer kuantum yang ada pun tidaklah sempurna; mereka menderita kesalahan. Penelitian ini memerlukan pendekatan hibrid: menggunakan metode konvensional untuk memperkirakan di mana hasil komputer kuantum menjadi tidak dapat diandalkan, dan kemudian memanfaatkan perhitungan komputer kuantum yang tepat (walaupun rawan kesalahan).
Masa Depan Simulasi Kuantum
Biao Huang di Universitas Chinese Academy of Sciences mencatat bahwa simulasi sistem dua dimensi terkenal sulit secara numerik. Eksperimen ini, dengan lebih dari 100 qubit, memberikan tolok ukur penting untuk penelitian masa depan. Selain itu, hal ini dapat menjembatani kesenjangan antara kristal waktu yang disimulasikan pada komputer kuantum dan keadaan serupa yang ditemukan pada sensor kuantum.
Karya ini mewakili kemajuan eksperimental yang menarik untuk beberapa bidang studi materi kuantum. Secara khusus, ini dapat membantu menghubungkan kristal waktu, yang dapat disimulasikan pada komputer kuantum, ke keadaan serupa yang dapat dibuat di beberapa jenis sensor kuantum.
Kombinasi metode perkiraan klasik dan perhitungan kuantum yang tepat (tetapi tidak sempurna) akan menyempurnakan pemahaman kita tentang model kuantum yang kompleks, sehingga berpotensi membuka terobosan baru dalam desain material dan seterusnya.
Kemajuan ini memperkuat gagasan bahwa komputer kuantum bukan hanya prosesor yang lebih cepat; mereka pada dasarnya adalah mesin berbeda yang mampu mengatasi masalah di luar jangkauan komputasi klasik.
