Meskipun belum terlihat secara kasat mata, komputer kuantum sebenarnya sudah hadir di sekitar kita. Kini, para peneliti menyatakan bahwa quantum advantage—tonggak sejarah yang sejak lama dijanjikan di bidang ini di mana komputer kuantum mengungguli komputer klasik—tampaknya akhirnya tercapai. Namun, pencapaian ini disertai dengan catatan penting.
Riset yang dilakukan oleh ilmuwan dari University of Texas di Austin dan perusahaan komputasi Quantinuum dari Colorado telah merancang dan melaksanakan eksperimen yang mendemonstrasikan keunggulan kuantum "tak bersyarat", yang kadang disebut sebagai quantum supremacy. Seperti yang diungkapkan para peneliti, "hasil ini dapat dibuktikan dan permanen: tidak ada perkembangan algoritma klasik di masa depan yang dapat menutupi kesenjangan ini." Makalah preprint, yang belum melalui tinjauan sejawat, telah tersedia di arXiv awal bulan ini.
Gizmodo menghubungi sejumlah pakar di bidang ini, yang mengonfirmasi validitas hasil baru tersebut. Mereka menambahkan bahwa meskipun eksperimen ini patut diacungi jempol, ini bukanlah penerapan komputer kuantum yang paling praktis—di mana komputer kuantum sendiri sudah sering dikritik karena ketidakterpakainya bagi pengguna biasa.
Lagi pula, konsep "quantum advantage" sendiri adalah sebuah ide yang aneh dan lunak, dengan banyak aplikasi yang memungkinkan. Secara keseluruhan, hasil ini pasti layak untuk disimak lebih dalam.
Kehadiran Alice dan Bob
Para penggemar dunia kuantum mungkin sudah akrab dengan Alice dan Bob, dua karakter fiksi yang sering digunakan dalam eksperimen pemikiran kuantum. Dalam konteks eksperimen baru ini, Alice dan Bob adalah dua peneliti yang berkolaborasi dalam sebuah komputasi menggunakan satu perangkat yang sama. Mereka menerima input yang berbeda pada waktu yang berbeda, namun hanya Alice yang dapat mengirim pesan kepada Bob, dan tidak sebaliknya. Berdasarkan pesan dari Alice, Bob harus memutuskan cara mengukur dan menginterpretasikannya untuk menghasilkan output akhir.
Menurut makalah tersebut, "penggunaan pesan kuantum secara terbukti dapat mengurangi jumlah komunikasi yang diperlukan dengan faktor eksponensial dibandingkan dengan protokol apa pun yang hanya menggunakan komunikasi klasik." Dengan kata lain, sebuah pesan kuantum yang kecil dapat menggantikan pesan klasik yang jauh lebih besar. Untuk membuktikan klaim mereka, tim mengulangi eksperimen ini sebanyak 10.000 kali pada komputer kuantum trapped-ion H1-1 milik Quantinuum, yang dikombinasikan dengan validasi matematis yang cermat terhadap protokol mereka.
Yang mengejutkan, mereka menemukan bahwa sebuah komputer kuantum hanya membutuhkan 12 qubit (satuan informasi terkecil untuk komputer kuantum) untuk menyelesaikan masalah ini. Sebagai perbandingan, bahkan komputer klasik paling efisien pun membutuhkan 330 bit.
Sebuah Pendekatan yang Berbeda
"Ini adalah jenis quantum advantage yang sangat berbeda dari yang pernah kita lihat sebelumnya—bukan lebih baik atau lebih buruk, tetapi ini membuktikan sesuatu yang sama sekali berbeda dari eksperimen sebelumnya," ujar Bill Fefferman, seorang ilmuwan komputer dari University of Chicago, kepada Gizmodo melalui email. Fefferman sebelumnya pernah berkolaborasi dengan penulis senior Scott Aaronson namun tidak terlibat dalam studi baru ini.
Fefferman menjelaskan bahwa para ilmuwan biasanya menyamakan quantum advantage dengan "berusaha melakukan komputasi pada komputer kuantum yang dapat diselesaikan jauh lebih cepat daripada komputer klasik mana pun." Sebaliknya, eksperimen baru ini mencapai "quantum information supremacy", di mana fokusnya bukan pada kecepatan, melainkan pada penggunaan qubit yang lebih sedikit untuk memecahkan masalah yang membutuhkan bit jauh lebih banyak pada komputer klasik.
"Benar bahwa hasil mereka tidak bersyarat, dalam artian tidak bergantung pada asumsi yang belum terbukti," kata Fefferman. "Ini, tentu saja, merupakan fitur hebat dari eksperimen baru ini, tetapi ini juga diwarisi dari ‘pemindahan tiang gawang’ ini."
Gizmodo menghubungi para penulis studi, yang menyatakan mereka belum dapat berkomentar hingga makalah tersebut diterbitkan secara formal.
Memanfaatkan Keunggulan
Hasil ini memunculkan pertanyaan tentang tujuan yang lebih luas dari pembuktian quantum advantage. Seperti yang disampaikan direktur IBM Quantum kepada Gizmodo dalam sebuah wawancara sebelumnya, jawaban potensialnya adalah dengan menanyakan bagaimana komputer kuantum dapat meningkatkan masalah komputasi yang sudah kita kenal.
Namun seperti yang dicatat Fefferman, tidak selalu ada pendekatan yang lebih baik atau lebih buruk untuk mencapai quantum advantage—meskipun "tiang gawang" ini tampaknya menjadi holy grail bagi perjuangan bidang ini untuk membuktikan nilainya.
Itu mungkin adalah produk dari sejarah komputasi kuantum, seperti yang dijelaskan Giuseppe Carleo, seorang fisikawan komputasi di EPFL Swiss yang tidak terlibat dalam karya baru ini, kepada Gizmodo dalam panggilan video. Pertumbuhan pesat komputasi kuantum membuat kita mudah lupa betapa baru belakangan ini hardware yang tepat tersedia untuk menguji teori.
"Jadi, bidang ini secara historis berkembang dalam 20, 30 tahun terakhir lebih dekat dengan matematika, alih-alih bidang terapan di mana, jika Anda mau, Anda dapat menggunakan mesin untuk menjalankan berbagai hal," ujar Carleo, yang berbicara dengan Gizmodo tentang sejarah komputasi kuantum. Alhasil, sebagian besar analisis dalam bidang ini tetap berada pada tingkat teoretis untuk waktu yang lebih lama dari yang diharapkan para ilmuwan.
Tetapi dengan kemajuan hardware dan industri yang tumbuh pesat, tren ini secara bertahap bergeser—sebagaimana mestinya, kata Carleo. Lebih banyak proyek yang beralih dari merancang eksperimen quantum advantage yang "dirancang khusus untuk menunjukkan keunggulan," katanya, beralih ke area di mana komputer kuantum dapat membantu, tidak harus mengubah segalanya.
Itu sebenarnya lebih dekat dengan "asal-usul" bidang ini, tambahnya. Richard Feynman, fisikawan yang instrumental dalam meletakkan fondasi komputasi kuantum, menyarankan bahwa komputer kuantum seharusnya digunakan untuk memprediksi fenomena kuantum. Memang, mungkin tidak banyak "uang yang melekat padanya," tetapi itu "sangat menarik bagi fisika teoretis," terutama terkait pertanyaan mendasar tentang alam semesta kita, jelas Carleo.
Apa pun yang berbau kuantum tak pernah mudah
Eksperimen baru ini mungkin kesulitan untuk membuktikan kaitan langsungnya dengan aspek praktis. Namun, dengan caranya sendiri, preprint ini memang mengikuti nasihat Feynman. Ini jelas merupakan demonstrasi yang secara teoretis kuat dalam menggunakan hardware kuantum untuk menyelidiki konsep-konsep kuantum.
Pada saat ini, hal itu membuatnya terasa terlepas dari realitas. Sekali lagi, kapan pun hal-hal berbau kuantum memberikan jawaban yang mudah? Namun, jika sejarah sains bisa dijadikan pelajaran, penemuan terbaik datang dari usaha yang paling tak terduga dan tampak tak praktis. Kita hanya harus terus mengawasinya.