Komputasi kuantum menjanjikan lompatan besar dalam pemrosesan informasi, melampaui kemampuan komputasi klasik. Kekuatan ini berasal dari qubit, yang memanfaatkan superposisi kuantum untuk mewakili 0 dan 1 secara bersamaan. Namun, kemajuan terhambat oleh kerapuhan qubit; gangguan lingkungan sekecil apa pun dapat menyebabkan dekoherensi, membuat perhitungan tidak dapat diandalkan.
Untuk mengatasi hal ini, para peneliti telah mengeksplorasi komputasi kuantum topologis, yang mengkodekan informasi kuantum ke dalam sifat topologis anyon, kuasipartikel dalam sistem dua dimensi. Perilaku anyon ditentukan oleh bagaimana mereka saling terkait dan "dikepang". Sifat topologis ini secara inheren tahan terhadap gangguan lokal, menawarkan jalur menuju komputasi kuantum yang lebih stabil dan tahan kesalahan. Anyon Ising adalah salah satu varian yang paling banyak dipelajari, karena kemampuannya untuk menyimpan dan memanipulasi informasi kuantum melalui kepang sederhana yang tahan terhadap gangguan eksternal.
Namun, anyon Ising memiliki keterbatasan karena tidak mendukung semua jenis perhitungan kuantum yang diperlukan untuk komputer kuantum universal. Profesor Aaron Lauda dari University of Southern California menggambarkan masalah ini sebagai "seperti keyboard dengan hanya setengah kunci," yang membatasi kemampuan komputasinya. Titik balik dalam penelitian ini datang dari bidang teori medan kuantum topologis non-semisimple, sebuah cabang matematika abstrak yang mempelajari simetri dalam objek matematika yang kompleks. Kerangka kerja teoretis ini menyatakan bahwa dengan memahami simetri suatu sistem, keberadaan partikel baru yang tidak diketahui dapat diprediksi.
Secara tradisional, para matematikawan mengabaikan elemen-elemen tertentu dalam formalisme ini yang memiliki "dimensi kuantum nol," menganggapnya tidak menarik secara fisik. Namun, tim Lauda menantang konvensi ini dengan mengembangkan metode baru untuk memberikan bobot yang berarti pada elemen-elemen yang sebelumnya diabaikan ini, mengubahnya menjadi sumber daya yang berharga. Penemuan penting ini melahirkan "neglectons," partikel matematika yang berasal dari elemen-elemen yang sebelumnya diabaikan ini. Tim Lauda menemukan bahwa penambahan satu neglecton ke sistem anyon Ising secara radikal mengubah kemampuannya. Dengan tambahan yang tampaknya sederhana ini, anyon Ising menjadi mampu melakukan komputasi kuantum apa pun melalui manipulasi keterikatan mereka.
"Kunci gagasan dari versi non-semisimple baru ini adalah bahwa Anda menyimpan partikel-partikel itu, yang awalnya memiliki bobot nol," kata Lauda. "Dan Anda datang dengan cara baru untuk mengukur bobotnya. Ada beberapa properti yang harus dipenuhi, dan mencari tahu cara membuat angka itu tidak nol." Keyboard yang tidak lengkap tiba-tiba menjadi universal, membuka jalan bagi komputasi kuantum topologis yang berfungsi penuh, sambil mempertahankan ketahanan inheren terhadap noise.
Penemuan neglectons tidak menjamin kedatangan instan komputer kuantum topologis. Menciptakan dan memanipulasi anyon dalam bahan nyata masih merupakan tantangan teknologi yang cukup besar. Namun, penemuan ini membuka perspektif revolusioner: alih-alih mencari bahan eksotis atau partikel yang belum pernah ada sebelumnya, para insinyur dapat memanfaatkan sistem yang sudah dikenal di bawah cahaya matematika yang diperbarui. Neglectons dengan sempurna mengilustrasikan bagaimana pendekatan teoretis yang tampaknya esoteris dapat mengarah pada aplikasi praktis yang transformatif, mengubah elemen matematika yang terlupakan menjadi kunci potensial untuk mewujudkan janji komputasi kuantum. Penelitian ini, yang dipimpin oleh para peneliti di University of Southern California, menyoroti kekuatan eksplorasi matematika murni dalam mendorong inovasi teknologi. Aaron Lauda, seorang profesor di USC, telah menjadi tokoh sentral dalam penelitian ini, yang sebelumnya berkontribusi pada bidang teori representasi dan teori medan kuantum topologis.