Perhitungan kuantum sedang mengubah jalur ilmu pengetahuan: Penjelasan mendalam tentang terobosan terbaru IBM

Dalam dunia sains yang menantikan komputer kuantum yang lebih besar dan lebih kuat, International Business Machines Corporation (IBM) dan sekelompok peneliti berusaha membuktikan: sistem-sistem ini sudah dapat digunakan saat ini. Mereka berhasil.

Sebuah makalah pra-cetak yang diunggah pada hari Rabu ke platform arXiv menunjukkan bahwa IBM bekerja sama dengan dua laboratorium nasional dan tiga universitas, berhasil menggunakan komputer kuantum untuk mensimulasikan suatu proses yang tidak dapat dilihat oleh mata telanjang, tetapi memiliki nilai aplikasi di bidang ilmu material.

Para peneliti menggunakan teknik hamburan neutron (yaitu, membiarkan berkas neutron menembus sampel) untuk mengukur sifat kristal magnetik dan membandingkan hasil pengukuran tersebut dengan hasil simulasi yang dijalankan di komputer kuantum IBM. Akhirnya, prosesor kuantum berhasil menunjukkan pola perilaku yang seharusnya dimiliki oleh kristal tersebut.

Jika deskripsi ini sedikit rumit, mari dengarkan penjelasan dari para peneliti sendiri: fisikawan di Los Alamos National Laboratory, Allen S. Haye, menyatakan bahwa pencapaian ini “meningkatkan harapan orang terhadap ambang kemampuan komputer kuantum.”

(Kiri: Hasil eksperimen hamburan neutron; Kanan: Hasil simulasi komputer kuantum IBM) Sumber gambar: IBM

Sistem material di tingkat kuantum sangat kompleks, dan komputer tradisional sering kali sulit untuk memodelkannya. Namun, komputer kuantum berhasil menyelesaikan tugas ini, yang menandakan bahwa sistem semacam ini menjadi cukup kuat untuk membantu pengembangan material baru.

Ini juga secara tidak langsung mengonfirmasi prospek aplikasi teknologi kuantum dalam ilmu material—ilmu material adalah dasar hampir semua penemuan modern, dari perangkat medis, semikonduktor hingga baterai tidak terlepas dari disiplin ini.

Skenario aplikasi komputasi kuantum semakin jelas. Awal bulan ini, IBM merilis cetak biru pusat data yang merencanakan penggabungan komputer kuantum dengan GPU dan CPU yang ada. Selain ilmu material, teknologi ini juga akan berdampak jauh di industri keuangan dan farmasi. Beberapa optimis di industri percaya bahwa teknologi ini juga dapat secara signifikan mengurangi konsumsi energi untuk tugas-tugas berdaya tinggi.

Saat ini, para ahli industri dan investor di bidang kuantum telah menurunkan ekspektasi. Sebelum komputer kuantum dapat dikomersialkan secara luas, mereka sulit dianggap benar-benar “dapat digunakan.” Untuk mencapai hal ini, perlu dilakukan perluasan skala.

Meskipun demikian, kemampuan yang ditunjukkan IBM dalam eksperimen terbaru ini, awalnya diperkirakan baru akan terwujud saat komputer kuantum yang besar dan tahan kesalahan muncul—yaitu mesin yang dapat terus beroperasi dengan baik meskipun beberapa komponen mengalami kerusakan atau gangguan.

Seperti halnya komputer tradisional yang menggunakan bit untuk mengkodekan informasi dasar, komputer kuantum bergantung pada qubit. Namun, ada perbedaan kunci antara keduanya: qubit biasanya dihasilkan dengan mengendalikan dan mengukur partikel seperti foton, elektron, atau ion yang terperangkap.

Dan berbeda dengan bit tradisional, qubit sangat sensitif terhadap perubahan lingkungan—apapun dari panas hingga gangguan elektromagnetik—dapat mengganggu keadaan kuantum yang rapuh dan menyebabkan komputer mengalami kesalahan.

Target IBM sendiri adalah untuk mengirimkan komputer superkuantum tahan kesalahan pertamanya, yang diberi nama kode “Starling,” pada tahun 2029, dengan kemampuan pemrosesan yang diperkirakan seribu kali lipat dari komputer kuantum saat ini.

Tiga tahun ke depan mungkin akan—dan pasti akan—terjadi banyak perubahan. Eksperimen terbaru IBM hanyalah sebuah awal.