Komputer kuantum eksperimental biasanya diberi tugas yang akan memakan waktu terlalu lama untuk dilakukan oleh komputer konvensional. Contoh mensimulasikan interaksi molekul kompleks untuk penemuan obat.
Potensi terbesarnya adalah untuk memodelkan sistem kompleks yang melibatkan sejumlah besar bagian bergerak dimana perilakunya berubah ketika mereka berinteraksi — seperti memprediksi perilaku pasar keuangan, mengoptimalkan rantai pasokan, dan mengoperasikan model bahasa besar dalam kecerdasan buatan atau AI generatif.
Mereka tidak diharapkan banyak digunakan dalam pekerjaan yang melelahkan tetapi lebih sederhana namun dipenuhi oleh sebagian besar komputer saat ini . Mesin akan memproses sejumlah input yang terisolasi secara berurutan dalam skala besar.
Siapa pembuatnya? Perusahaan Kanada, D-Wave Systems Inc menjadi yang pertama menjual komputer kuantum untuk memecahkan masalah optimasi pada tahun 2011. International Business Machines Corp (IBM), Google milik Alphabet Inc, Amazon Web Services, dan berbagai perusahaan startup lainnya telah menciptakan komputer kuantum yang berfungsi.
Baru-baru ini, perusahaan seperti Microsoft Corp. telah membuat kemajuan dalam membangun superkomputer kuantum yang terukur dan praktis.
Intel Corp. mulai mengirimkan cip kuantum silikon kepada para peneliti dengan transistor yang dikenal sebagai qubit (bit kuantum) yang berukuran 1 juta kali lebih kecil dari jenis lainnya.
Microsoft dan perusahaan lain, termasuk perusahaan seperti Universal Quantum, berharap dapat membangun superkomputer kuantum dalam sepuluh tahun ke depan. China sedang membangun Laboratorium Nasional untuk Ilmu Informasi Kuantum senilai US$10 miliar sebagai bagian dari upaya besar mengembangkan komputer kuantum.
Komputer kuantum menggunakan sirkuit kecil untuk melakukan perhitungan, seperti halnya komputer tradisional. Namun, komputer kuantum melakukan perhitungan secara paralel, bukan berurutan. Inilah yang membuatnya sangat cepat.
Komputer biasa memproses informasi dalam unit yang disebut bit, yang dapat mewakili salah satu dari dua keadaan yang mungkin 0 atau 1 — yang sesuai dengan apakah bagian dari cip komputer yang disebut gerbang logika terbuka atau tertutup.
Sebelum komputer tradisional melanjutkan memproses informasi berikutnya, komputer harus memberikan nilai pada informasi sebelumnya. Sebaliknya, berkat aspek probabilistik mekanika kuantum, qubit dalam komputer kuantum tidak harus diberi nilai sampai komputer menyelesaikan seluruh perhitungan.
Hal ini dikenal sebagai “superposisi”. Jadi, jika tiga bit dalam komputer konvensional hanya dapat merepresentasikan satu dari delapan kemungkinan, diantaranya 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, dan 111, komputer kuantum dengan tiga qubit dapat memproses semuanya secara bersamaan.
Komputer kuantum dengan empat qubit secara teori dapat menangani 16 kali lebih banyak informasi daripada komputer konvensional berukuran sama dan akan terus berlipat ganda dengan setiap qubit yang ditambahkan. Itulah mengapa komputer kuantum dapat memproses lebih banyak informasi secara eksponensial daripada komputer klasik.
Dalam mendesain komputer standar, para insinyur menghabiskan banyak waktu untuk memastikan bahwa status setiap bit tidak bergantung pada status bit lainnya. Tetapi qubit saling terkait, artinya sifat-sifat satu qubit bergantung pada sifat-sifat qubit di sekelilingnya.
Hal ini merupakan keuntungan. Pasalnya karena informasi dapat ditransfer lebih cepat di antara qubit saat mereka bekerja sama untuk mencapai solusi.
Ketika algoritma kuantum berjalan, hasil yang kontradiktif (dan karena itu salah) dari qubit akan saling membatalkan. Sementara hasil yang cocok (dan karena itu mungkin) akan diperkuat. Fenomena ini, yang disebut koheren, memungkinkan komputer untuk mengeluarkan jawaban yang dianggap paling mungkin benar.
Secara teori, apa pun yang menunjukkan sifat mekanik kuantum yang dapat dikontrol dapat digunakan untuk membuat qubit. IBM, D-Wave, dan Google menggunakan loop kecil kawat superkonduktor. Perusahaan lain menggunakan semikonduktor dan beberapa menggunakan kombinasi keduanya.
Beberapa ilmuwan telah menciptakan qubit dengan memanipulasi ion yang terperangkap, foto pulse, atau spin elektron. Banyak dari pendekatan ini membutuhkan kondisi sangat khusus, seperti suhu yang lebih dingin daripada yang ditemukan di ruang angkasa.
Meskipun qubit dapat memproses lebih banyak informasi secara eksponensial daripada bit klasik, sifatnya yang tidak pasti membuatnya sangat rentan terhadap kesalahan.
Kesalahan terjadi ke dalam perhitungan qubit ketika mereka tidak koheren satu sama lain. Dari laboratorium luar, para ilmuwan hanya mampu menjaga qubit tetap koheren selama sepersekian detik - dalam banyak kasus, waktu yang terlalu singkat untuk menjalankan seluruh algoritma.
Para ahli teori bekerja untuk mengembangkan algoritma yang dapat memperbaiki beberapa kesalahan ini. Namun, bagian harus diperbaiki adalah menambahkan lebih banyak qubit.
Para ilmuwan memperkirakan bahwa komputer membutuhkan jutaan - bahkan miliaran - qubit untuk menjalankan program yang sesuai untuk penggunaan komersial. Menyatukannya menjadi satu merupakan tantangan utama.
Ketika ukuran komputer semakin besar, komputer memancarkan lebih banyak panas, yang membuatnya lebih mungkin untuk kehilangan koherensi. Rekor saat ini untuk qubit yang terhubung adalah 1.180, dicapai oleh perusahaan rintisan California, Atom Computing, pada Oktober 2023.
Capaian qubit ebih dari dua kali lipat rekor sebelumnya, yaitu 433, yang ditetapkan oleh IBM pada November 2022.
Para akademisi telah memecahkan masalah dengan mesin qubit berkekuatan 100 qubit melalui IBM Quantum Platform berbasis cloud — yang dapat dicoba oleh masyarakat umum (jika Anda tahu cara mengembangkan kode kuantum).
Para ilmuwan bertujuan untuk menghadirkan apa yang disebut sebagai komputer kuantum “universal” yang cocok untuk aplikasi komersial dalam dekade berikutnya.
Satu peringatan dari kekuatan pemecahan masalah yang luar biasa dari komputer kuantum adalah potensinya memecahkan sistem enkripsi klasik.
Mungkin indikasi terbaik tentang seberapa dekat kita dengan komputasi kuantum adalah bahwa pemerintah menandatangani sejumlah kebijakan atau bisnis menggelontorkan jutaan dolar untuk mengamankan sistem komputasi lama agar tidak dibobol oleh mesin kuantum.
(bbn)
