Divisi komputasi kuantum Google telah melaporkan bahwa prosesor Willow-nya mencapai tonggak komputasi yang dibutuhkan superkomputer klasik sekitar 10.000 tahun untuk direplikasi – menyelesaikan tugas tersebut dalam waktu kurang dari empat menit. Hasilnya, dipublikasikan diAlam, mewakili kemajuan signifikan melampaui demonstrasi supremasi kuantum Google pada tahun 2019 dan, yang lebih penting, menunjukkan properti yang telah dikejar para peneliti selama dua dekade: koreksi kesalahan yang semakin baik seiring dengan skala sistem.

Pengumuman tersebut disampaikan dengan bobot kepentingan ilmiah yang sejati. Berbeda dengan hasil tahun 2019 – yang langsung ditentang oleh IBM, yang berpendapat bahwa superkomputer klasik mereka dapat memecahkan masalah yang sama dalam hitungan hari – hasil Willow telah diteliti secara independen dan margin supremasinya jauh lebih besar. Tanggapan komunitas ilmiah kali ini kurang skeptis.

Apa yang Sebenarnya Terpecahkan

Masalah spesifiknya - varian dari pengambilan sampel rangkaian acak - tidak berguna secara langsung. Ini melibatkan pengambilan sampel dari distribusi keluaran rangkaian kuantum acak, sebuah tugas yang sulit secara komputasi untuk komputer klasik tetapi wajar untuk komputer kuantum. Masalah ini dipilih justru karena masalah tersebut dipahami dengan baik secara teoritis, sehingga memungkinkan untuk memverifikasi hasil kuantum dan menghitung berapa lama waktu yang dibutuhkan komputer klasik untuk mereplikasinya.

Angka 10.000 tahun mengacu pada algoritma klasik paling terkenal yang dijalankan pada superkomputer paling kuat di dunia. Bukan berarti tidak ada algoritma klasik yang dapat memecahkan masalah dengan lebih cepat – klaim supremasi kuantum selalu bersifat relatif terhadap metode klasik yang paling dikenal, dan algoritma klasik memang mengalami kemajuan seiring berjalannya waktu. Namun marginnya cukup besar sehingga menutupnya secara klasik memerlukan terobosan yang besarnya sebanding dengan kemajuan kuantum itu sendiri.

Lebih penting lagi, Willow mendemonstrasikan properti utama yang luput dari perhatian komputer kuantum: koreksi kesalahan yang semakin baik seiring dengan skala sistem. Prosesor kuantum sebelumnya menjadi kurang dapat diandalkan karena semakin banyak qubit yang ditambahkan – kesalahan terakumulasi lebih cepat daripada yang dapat diperbaiki. Willow menunjukkan tren sebaliknya. Saat Google menambahkan lebih banyak qubit ke kode koreksi kesalahan, tingkat kesalahan logis menurun secara eksponensial. Ini adalah perilaku yang diprediksi oleh teori koreksi kesalahan kuantum, namun belum pernah ada sistem fisik yang menunjukkannya secara meyakinkan.

Mengapa Koreksi Kesalahan Merupakan Terobosan Nyata

Untuk memahami mengapa hal ini penting, ada baiknya kita memahami tantangan mendasar komputasi kuantum. Bit kuantum (qubit) sangat sensitif terhadap gangguan lingkungan — panas, interferensi elektromagnetik, bahkan sinar kosmik dapat menyebabkan kesalahan. Komputer klasik menangani kesalahan melalui redundansi dan kode koreksi kesalahan, namun menerapkan pendekatan yang sama pada komputer kuantum jauh lebih sulit karena keadaan kuantum tidak dapat disalin (teorema tanpa kloning) dan mengukur keadaan kuantum akan menghancurkannya.

Koreksi kesalahan kuantum bekerja dengan mengkodekan satu qubit logis di banyak qubit fisik, sedemikian rupa sehingga kesalahan dapat dideteksi dan diperbaiki tanpa mengukur keadaan logis secara langsung. Teori ini telah dipahami sejak tahun 1990an, namun menerapkannya dalam praktik memerlukan qubit fisik dengan tingkat kesalahan di bawah ambang batas — dan mempertahankan ambang batas tersebut seiring dengan skala sistem terbukti sangat sulit.

Demonstrasi Willow bahwa tingkat kesalahan menurun seiring dengan skala sistem adalah bukti meyakinkan pertama bahwa sistem kuantum fisik dapat beroperasi di bawah ambang koreksi kesalahan dalam skala besar. Hal ini tidak berarti komputasi kuantum yang toleran terhadap kesalahan akan segera terjadi – tingkat kesalahannya masih terlalu tinggi untuk sebagian besar aplikasi praktis – namun hal ini menunjukkan bahwa jalan menuju toleransi kesalahan terbuka. Pertanyaannya bukan lagi apakah koreksi kesalahan kuantum yang dapat diskalakan secara fisik mungkin dilakukan, namun berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mencapai tingkat kesalahan yang diperlukan agar komputasi dapat bermanfaat.

Implikasinya terhadap Kriptografi

Komunitas kriptografi telah mengamati kemajuan komputasi kuantum dengan cermat, karena komputer kuantum yang cukup kuat dapat mematahkan RSA dan enkripsi kurva elips – yang merupakan fondasi sebagian besar keamanan internet. Hasil yang diperoleh Willow telah menghidupkan kembali perbincangan tersebut, meskipun ancaman langsungnya tidak separah yang diberitakan dalam beberapa berita utama.

“Kami belum sampai di sana,” kata Dr. Michele Mosca dari Institute for Quantum Computing. “Tetapi hasil hari ini adalah sinyal yang jelas bahwa timeline komputasi kuantum yang relevan secara kriptografi perlu ditanggapi dengan serius. Organisasi yang belum mulai bermigrasi ke kriptografi pasca-kuantum harus memulainya sekarang.”

Untuk memecahkan RSA-2048 – standar enkripsi paling umum – akan memerlukan komputer kuantum yang toleran terhadap kesalahan dengan jutaan qubit logis. Willow memiliki 105 qubit fisik. Kesenjangannya sangat besar. Namun demonstrasi koreksi kesalahan yang terukur berarti kesenjangan tersebut sekarang merupakan masalah teknik dan bukan fisika fundamental. Standar kriptografi pasca-kuantum NIST, yang diselesaikan pada tahun 2024, menyediakan jalur migrasi yang harus diikuti oleh organisasi — dan hasil dari Willow adalah argumen kuat yang menyatakan bahwa hal ini mendesak.

Sistem yang paling rentan adalah sistem yang memiliki masa pakai data yang lama. Data terenkripsi yang disadap saat ini dapat disimpan dan didekripsi nanti, setelah komputer kuantum cukup kuat. Badan-badan intelijen dan negara-negara yang bermusuhan hampir pasti melakukan hal ini – sebuah strategi yang dikenal sebagai “panen sekarang, dekripsi nanti.” Untuk data yang perlu dirahasiakan selama 10 tahun atau lebih, migrasi ke kriptografi pasca-kuantum bukanlah suatu pilihan.

Penemuan Obat dan Simulasi Molekuler

Aplikasi yang lebih menjanjikan adalah simulasi molekuler. Komputer kuantum secara alami cocok untuk memodelkan sistem mekanika kuantum – termasuk perilaku molekul. Simulasi molekuler yang akurat dapat mempercepat penemuan obat dengan memungkinkan peneliti menguji calon obat potensial secara komputasi sebelum mensintesis satu molekul.

Komputer klasik saat ini dapat secara akurat mensimulasikan molekul hingga sekitar 50 atom. Selain itu, kompleksitas komputasi tumbuh secara eksponensial dan perkiraan menjadi diperlukan. Banyak molekul biologis terpenting – protein, enzim, target obat – jauh lebih besar dari batas ini. Komputer kuantum yang toleran terhadap kesalahan dapat mensimulasikan molekul-molekul ini dengan tepat, sehingga berpotensi mengidentifikasi kandidat obat yang tidak dapat dilakukan oleh metode klasik.

Jangka waktu aplikasi ini lebih panjang dibandingkan ancaman kriptografi. Simulasi molekuler memerlukan komputer kuantum yang toleran terhadap kesalahan dengan ribuan qubit logis – masih beberapa tahun lagi. Namun perusahaan farmasi termasuk Roche, Pfizer, dan Merck sudah berinvestasi dalam penelitian komputasi kuantum, dan memposisikan diri mereka untuk memanfaatkan teknologi tersebut ketika teknologi tersebut sudah matang.

Ilmu Material dan Aplikasi Iklim

Selain penemuan obat, simulasi kuantum dapat mengubah ilmu material. Merancang katalis yang lebih baik untuk proses kimia industri – termasuk proses Haber-Bosch yang menghasilkan pupuk, yang menyumbang sekitar 2% dari konsumsi energi global – dapat memberikan dampak ekonomi dan lingkungan yang sangat besar. Merancang bahan sel surya yang lebih baik, kimia baterai yang lebih baik, dan superkonduktor yang lebih baik adalah masalah yang dapat dipercepat oleh simulasi kuantum.

Implikasi iklim berpotensi besar. Banyak teknologi energi ramah lingkungan yang paling penting – sel surya generasi mendatang, superkonduktor suhu ruangan, elektroliser yang lebih baik untuk produksi hidrogen ramah lingkungan – dibatasi oleh ketidakmampuan kita merancang material dengan sifat mekanika kuantum yang tepat. Komputer kuantum dapat menghilangkan batasan tersebut.

Lanskap Kompetitif

Google tidak sendirian dalam perlombaan membangun komputer kuantum yang berguna. IBM memiliki peta jalannya sendiri, menargetkan 100.000 qubit fisik pada tahun 2033. Microsoft menerapkan pendekatan yang berbeda secara mendasar dengan menggunakan qubit topologi, yang secara teoritis lebih tahan terhadap kesalahan. IonQ dan Quantinuum sedang membangun komputer kuantum ion terperangkap, yang memiliki tingkat kesalahan lebih rendah dibandingkan qubit superkonduktor tetapi lebih sulit untuk diukur. Program komputasi kuantum Tiongkok, yang dipusatkan di Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok, telah menunjukkan hasil keunggulannya sendiri.

Keberagaman pendekatan mencerminkan ketidakpastian mengenai platform fisik mana yang pada akhirnya terbukti paling praktis untuk komputasi kuantum yang toleran terhadap kesalahan. Setiap pendekatan memiliki trade-off yang berbeda antara kualitas qubit, skalabilitas, dan kondisi pengoperasian. Lapangan ini masih cukup awal sehingga platform pemenangnya belum jelas.

Apa yang Terjadi Selanjutnya

Peta jalan Google menyerukan komputer kuantum yang toleran terhadap kesalahan – yang mampu menjalankan algoritma praktis dengan tingkat kesalahan yang cukup rendah untuk aplikasi nyata – pada akhir dekade ini. Apakah garis waktu tersebut dapat bertahan akan bergantung pada kemajuan berkelanjutan dalam koreksi kesalahan, kualitas qubit, dan sistem kontrol klasik yang mengelola prosesor kuantum.

Hasil Willow adalah sebuah pencapaian nyata, bukan pengumuman pemasaran. Hal ini menunjukkan bahwa fisika dasar koreksi kesalahan kuantum yang dapat diskalakan berfungsi sesuai prediksi teori. Tantangan-tantangan teknis yang masih ada masih sangat berat, namun tantangan-tantangan tersebut merupakan tantangan-tantangan teknis – tantangan yang memerlukan investasi dan upaya berkelanjutan. Era komputasi kuantum yang berguna secara praktis semakin dekat dibandingkan minggu lalu.

Sumber & Bacaan Lebih Lanjut