Chip Kuantum Menciptakan Keterikatan pada Enam Mode Akustik dan Memindahkannya Antarresonator

Dua resonator akustik berbagi keunggulan kuantum

Tim peneliti yang dipimpin Dian Tan di Shenzhen International Quantum Academy, bekerja sama dengan University of Stuttgart dan sejumlah institusi lain, menciptakan keterikatan kuantum yang melibatkan dua, empat, dan enam mode akustik pada sebuah cip hibrida. Tim tersebut juga memindahkan keadaan terjerat yang melibatkan dua dan empat mode di antara dua resonator mekanis terpisah, menunjukkan kemampuan menyiapkan sekaligus memindahkan informasi kuantum yang dibawa oleh getaran.

Hasil terkuat dalam penyiapan keadaan terjerat adalah fidelitas 0.912 ± 0.003 untuk dua mode. Fidelitas mengukur seberapa dekat keadaan kuantum eksperimental dengan keadaan yang dituju, dengan nilai 1 menunjukkan kecocokan sempurna. Nilai untuk empat mode adalah 0.790 ± 0.003, sedangkan untuk enam mode 0.570 ± 0.001.

Studi di Science berjudul Deterministic generation and distribution of genuine multipartite entanglement in macroscopic acoustic resonators ini mencantumkan tanggal publikasi 15 Oktober 2026. Institut Shenzhen tersebut mengumumkan hasil penelitian pada 16 Oktober.

Eksperimen ini menyatukan tiga tugas yang diperlukan oleh sistem kuantum akustik berskala lebih besar: menciptakan keadaan kuantum bersama, memindahkannya antarunit perangkat keras, dan mengukurnya. Keadaan paling ambisius yang dibuat melibatkan enam mode akustik, sementara eksperimen pemindahan melibatkan dua dan empat mode.

Bagaimana getaran membawa informasi kuantum

Cip ini menggunakan fonon, yaitu satuan kuantum getaran mekanis. Peran fonon dalam getaran serupa dengan peran foton dalam cahaya: fonon menggambarkan jumlah energi diskret dalam suatu sistem kuantum.

Perangkat mekanis tersebut adalah resonator akustik bulk overtone tinggi, atau HBAR. Masing-masing mendukung banyak mode akustik, yakni pola-pola getaran berbeda pada frekuensi yang berlainan. Sebuah alat musik dapat menghasilkan beberapa nada; demikian pula resonator mendukung sejumlah pola getaran, meski pengendalian keadaan kuantumnya memerlukan peralatan yang jauh lebih presisi.

HBAR menarik bagi peneliti karena menggabungkan banyak mode, masa penyimpanan yang relatif panjang, serta kompatibilitas dengan integrasi cip. Beberapa mode di dalam satu perangkat dapat menyediakan sejumlah tempat untuk mengodekan informasi kuantum sehingga kebutuhan akan komponen mekanis terpisah untuk setiap mode berkurang.

Apa yang membuat keterikatan ini bersifat sejati?

Tan dan rekan-rekannya menghasilkan keterikatan multipartit sejati. Sederhananya, hubungan kuantum tersebut dimiliki oleh seluruh kelompok mode yang berpartisipasi. Keadaan ini tidak dapat dibagi menjadi kelompok-kelompok kecil yang saling independen dan tetap mencakup seluruh keterikatannya.

Sebagai contoh, enam mode yang tersusun sebagai tiga pasangan terjerat independen memiliki struktur berbeda dari keterikatan sejati yang dibagi di antara keenam mode. Keterikatan jenis kedua menyediakan sumber daya kuantum kolektif yang dapat mendukung operasi di beberapa bagian prosesor atau jaringan.

Tan menggambarkan hubungan bersama ini sebagai sumber daya untuk jaringan kuantum dengan banyak simpul dan pemrosesan informasi kuantum terdistribusi. Simpul adalah unit tersendiri yang dapat menyimpan atau memproses informasi kuantum. Pemrosesan terdistribusi membagi sebuah tugas di antara unit-unit yang saling terhubung.

Para penulis makalah menjelaskan pencapaian eksperimental mereka dalam abstraknya:

Kami melaporkan penciptaan dan pemindahan keterikatan multimode sejati di antara dua resonator akustik multimode.

Dengan demikian, perangkat keras ini menangani penciptaan keadaan kolektif sekaligus kemampuan memindahkannya di antara perangkat mekanis yang berbeda. Keduanya merupakan persyaratan terpisah untuk menghubungkan komponen kuantum akustik menjadi sistem yang lebih besar.

Satu qubit superkonduktor mengendalikan beberapa mode

Para peneliti menghubungkan resonator akustik dengan qubit superkonduktor yang dapat disetel. Qubit adalah unit informasi kuantum yang dapat dikendalikan. Dalam eksperimen ini, qubit menyediakan cara untuk menyiapkan, memanipulasi, dan mengukur keadaan kuantum mekanis.

Tim merancang dengan cermat distribusi frekuensi mode akustik serta interaksi antara qubit dan fonon. Hal ini memungkinkan satu qubit superkonduktor berinteraksi kuat dengan beberapa mode mekanis sehingga peneliti dapat mengakses sejumlah pola getaran melalui satu elemen kendali bersama.

Kopling kuat berarti interaksinya cukup besar untuk memungkinkan pertukaran informasi kuantum secara terkendali sebelum kehilangan dan gangguan yang tidak diinginkan menguasai proses. Pemilihan dan pengendalian beberapa mode sangat penting untuk mengubah banyak pola getaran dalam resonator menjadi sumber daya kuantum yang berguna.

Arsitektur yang dihasilkan menggabungkan beragam jenis perangkat keras kuantum: resonator mekanis menyimpan keadaan akustik, qubit superkonduktor mengendalikannya, dan kopler kuantum yang dapat disetel menghubungkan bagian-bagian rangkaian. Integrasi elemen-elemen ini dalam sebuah cip menjadi dasar rancangan modular yang diusulkan tim.

Makna angka fidelitas penyiapan

Makalah Science melaporkan nilai fidelitas berikut untuk penyiapan keadaan terjerat yang ditargetkan:

• Dua mode: 0.912 ± 0.003, atau fidelitas 91.2%.
• Empat mode: 0.790 ± 0.003, atau fidelitas 79.0%.
• Enam mode: 0.570 ± 0.001, atau fidelitas 57.0%.

Penurunan tersebut menunjukkan konsekuensi dari meningkatnya kompleksitas. Peralihan dari dua ke enam mode yang berpartisipasi menurunkan fidelitas terukur sebesar 34.2 poin persentase. Lebih banyak mode memperbesar keadaan kuantum bersama, sekaligus meningkatkan tuntutan penyiapan dan pengendalian.

Fidelitas menggambarkan kemiripan antara keadaan yang diukur dan keadaan sasaran. Angka ketidakpastian setelah setiap nilai menunjukkan ketidakpastian yang dilaporkan dalam pengukuran tersebut. Para peneliti menyatakan ketiga keadaan yang disiapkan itu sebagai keadaan yang benar-benar terjerat.

Para penulis juga menyebut pendekatan mereka deterministik. Artinya, penyiapan dirancang berlangsung melalui rangkaian langkah yang terkendali, bukan bergantung pada pemilihan kejadian acak yang sesekali berhasil. Operasi deterministik dan fidelitas menggambarkan aspek kinerja yang berbeda: rangkaian penyiapan terkendali tetap dapat menghasilkan keadaan yang tidak sempurna.

Memindahkan keterikatan antar simpul mekanis

Eksperimen pemindahan menggunakan dua resonator HBAR terpisah yang diintegrasikan dengan qubit superkonduktor dan kopler yang dapat disetel dalam arsitektur cip hibrida yang sama. Tim tersebut bertukar informasi kuantum di antara resonator dan memindahkan keadaan terjerat dari satu simpul mekanis ke simpul lainnya.

Untuk keadaan yang melibatkan dua mode, fidelitas pemindahan yang dilaporkan adalah 0.785 ± 0.006. Untuk keadaan yang melibatkan empat mode, nilainya 0.601 ± 0.006. Dalam persentase, nilai-nilai tersebut adalah 78.5% dan 60.1%.

Hasil pemindahan memperluas cakupan eksperimen melampaui penyiapan keterikatan di dalam perangkat keras akustik. Hasil tersebut menunjukkan cara untuk memindahkan keadaan kuantum bersama ke resonator lain, sebuah operasi yang diperlukan ketika simpul-simpul berbeda harus menyimpan atau memproses bagian-bagian perhitungan yang berbeda.

Demonstrasi pemindahan yang dilaporkan mencakup dua dan empat mode; memperluas pemindahan hingga enam mode merupakan tugas berikutnya. Koneksi yang telah didemonstrasikan menghubungkan resonator-resonator pada cip yang sama, sedangkan jaringan yang lebih besar diusulkan untuk dibangun dengan menambahkan lebih banyak unit perangkat keras yang saling terhubung.

Dua qubit mengukur keadaan akustik yang lebih besar

Para peneliti juga mengembangkan metode tomografi keadaan kuantum yang menggunakan kembali qubit superkonduktor di beberapa mode akustik. Tomografi merekonstruksi keadaan kuantum berdasarkan banyak pengukuran yang dilakukan pada pengulangan eksperimen yang sama.

Langkah ini penting karena membuat rangkaian kendali hanyalah sebagian dari eksperimen. Peneliti memerlukan pengukuran yang mengungkap keadaan yang benar-benar mereka ciptakan, termasuk korelasi di antara berbagai modenya.

Tim hanya menggunakan dua qubit superkonduktor untuk melakukan tomografi terhadap keadaan fonon terjerat multimode. Dengan menggunakan kembali sumber daya pengukuran tersebut di berbagai mode, mereka tidak perlu menyediakan qubit pengukuran terpisah untuk setiap mode akustik.

Tan menyebut hasil ini sebagai karakterisasi eksperimental terbesar atas keadaan fonon multimode yang dilaporkan pada platform akustika kuantum kala itu. Klaim tersebut merujuk pada skala rekonstruksi keadaan. Sumbangan praktisnya adalah metode pengukuran yang memanfaatkan lebih optimal jumlah qubit yang terbatas seiring berkembangnya sistem akustik.

Alasan tata letak cip penting

Arsitektur cip dua dimensi tim tersebut mengatasi kendala fisik dalam memperluas eksperimen ini. Rancangan tradisional yang mengandalkan rongga gelombang mikro tiga dimensi menghadapi keterbatasan ruang dan tuntutan rekayasa ketika peneliti mencoba menghubungkan lebih banyak komponen.

Tan mengatakan pendekatan berbasis cip menawarkan modularitas, integrasi, dan ruang untuk ekspansi. Susunan yang diusulkan akan menghubungkan qubit superkonduktor individual ke resonator mekanis terpisah, lalu menghubungkan qubit-qubit itu melalui kopler yang dapat dikendalikan.

Setiap resonator tambahan dapat menyumbangkan beberapa mode akustik. Karena itu, rancangan ini menawarkan dua arah pengembangan: menghubungkan lebih banyak simpul resonator dan memanfaatkan lebih banyak mode yang didukung setiap resonator.

Angka penyiapan dan pemindahan juga menunjukkan pekerjaan yang masih perlu dilakukan. Fidelitas turun seiring bertambahnya jumlah mode yang berpartisipasi, dan fidelitas pemindahan yang didemonstrasikan lebih rendah daripada nilai penyiapan yang bersesuaian. Prosesor yang lebih besar perlu mempertahankan keadaan yang berguna sambil meningkatkan jumlah mode maupun koneksi.

Dari eksperimen ini menuju jaringan yang lebih besar

Pencapaian langsungnya adalah platform laboratorium yang menggabungkan keterikatan multimode, pemindahan antar simpul mekanis, dan rekonstruksi keadaan. Tahapan yang telah didemonstrasikan dan diusulkan adalah:

• 15 Oktober 2026: Publikasi di Science mencatat penyiapan keadaan terjerat sejati yang melibatkan dua, empat, dan enam mode, serta pemindahan yang melibatkan dua dan empat mode.
• 16 Oktober 2026: Institut Shenzhen mengumumkan hasil kolaborasi tersebut dan menjelaskan pendekatan mereka terhadap pengendalian serta pengukuran.
• Tahap berikutnya yang diusulkan: Menambahkan lebih banyak resonator HBAR dan qubit superkonduktor yang dihubungkan melalui kopler yang dapat dikendalikan untuk memperluas sumber daya keterikatan yang tersedia.

Tim tersebut belum menetapkan tanggal untuk jaringan yang lebih besar. Usulan mereka berangkat langsung dari perangkat keras yang telah didemonstrasikan: menggunakan resonator sebagai modul, mode akustiknya sebagai sumber daya kuantum, dan rangkaian superkonduktor untuk mengendalikan serta menghubungkannya.

Bagi penelitian komputasi kuantum, kontribusi ini bersifat konkret. Eksperimen tersebut menunjukkan bagaimana beberapa mode getaran dapat berbagi keadaan kuantum sejati, bagaimana keadaan terjerat dapat dipindahkan antarresonator, dan bagaimana dua qubit dapat membantu merekonstruksi keadaan akustik yang lebih besar. Peningkatan fidelitas dan penambahan simpul yang saling terhubung menjadi syarat berikutnya untuk memperluas pendekatan tersebut.

Poin Penting

• Tim Dian Tan dan para kolaborator internasional menyiapkan keterikatan sejati yang melibatkan dua, empat, dan enam mode akustik.
• Fidelitas penyiapan masing-masing adalah 91.2%, 79.0%, dan 57.0%.
• Keadaan terjerat yang melibatkan dua dan empat mode dipindahkan antarresonator terpisah, dengan fidelitas 78.5% dan 60.1%.
• Dua qubit superkonduktor digunakan kembali untuk merekonstruksi keadaan fonon multimode melalui tomografi.
• Tim tersebut mengusulkan perluasan arsitektur cip dengan menambah resonator, qubit, dan koneksi yang dapat dikendalikan.