Seluruh narasi utama komputer kuantum adalah bahwa prinsip-prinsip ganjil mekanika kuantum memungkinkan mereka secara eksponensial melampaui kinerja komputer klasik. Namun, bagaimana jika fondasi klaim ini sendiri keliru?
Dalam makalah terbaru yang diterbitkan di Proceedings of the National Academy of Sciences, Tim Palmer, seorang fisikawan dari University of Oxford di Britania Raya, mengusulkan penyempurnaan kecil pada matematika dasar teori kuantum. Kerangka kerja ini, yang dijuluki “Mekanika Kuantum Rasional”, secara efektif akan memberikan batas atas pada kapasitas perangkat keras kuantum.
Jika terbukti valid, hal itu berarti kapasitas kuantum tidak akan tumbuh tak terhingga. Implikasinya, hal ini meredam berbagai antusiasme—atau kekhawatiran—yang kita timbulkan dari potensi mereka. Misalnya, komputer kuantum tidak akan menjadi ancaman besar bagi sistem kriptografi RSA, algoritma pelindung yang digunakan untuk menyimpan sebagian besar data saat ini, terlepas dari klaim tak terhitung bahwa komputer kuantum dapat membobolnya.
Niat yang Ambisius
Tetapi semua ini adalah sebuah “jika” yang besar. Pertama-tama, mekanika kuantum adalah salah satu teori paling sukses dalam sejarah sains. Memang, masih banyak yang tidak kita pahami tentang dunia kuantum, tetapi merupakan langkah ambisius untuk menyarankan bahwa teori ini perlu disempurnakan.
Palmer setuju namun tetap meyakini bahwa beberapa aspek matematis dapat direvisi untuk merepresentasikan realita dengan lebih baik. Selain itu, idenya dapat diuji dengan teknologi kuantum yang ada dalam lima tahun ke depan.
Rencana yang Diajukan
Secara khusus, Palmer berfokus pada konsep yang disebut ruang Hilbert—ruang vektor standar yang digunakan untuk menghitung sebagian besar sistem kuantum. Dibandingkan dengan fisika klasik, mekanika kuantum “lebih bergantung pada kontinum bilangan real… [namun] alam tidak menyukai kontinum,” jelas Palmer dalam sebuah pernyataan.
Dalam mekanika kuantum konvensional, jumlah dimensi dalam ruang Hilbert tumbuh secara eksponensial seiring jumlah qubit. Menurut kolom dari Quantum Insider, “penskalaan eksponensial ini krusial untuk merealisasikan janji komputasi kuantum, memungkinkan algoritma seperti metode Shor untuk memfaktorkan bilangan besar jauh lebih cepat daripada mesin klasik.”
Saran Palmer adalah sebagai berikut: Untuk tujuan praktis, ruang fisik lebih menyerupai kumpulan elemen diskret, bukan kontinu. Mekanika kuantum “Rasional” menganut pandangan ini tentang ruang geometris, dan sebagai akibatnya, kandungan informasi dalam keadaan kuantum tumbuh secara linear dengan jumlah qubit.
“Di atas jumlah kritis qubit terbelit, tidak ada cukup informasi dalam keadaan kuantum untuk mengalokasikan bahkan satu bit informasi ke setiap dimensi ruang Hilbert,” jelas Palmer. “Ketika ini terjadi, algoritma kuantum yang memanfaatkan seluruh ruang Hilbert akan berhenti memiliki keunggulan kuantum dibanding algoritma klasik.”
Berdasarkan makalah tersebut, komputer kuantum akan kehilangan keunggulan mereka begitu sistem melebihi kira-kira 1.000 qubit. Salah satu daya tarik besar komputer kuantum adalah kemampuan mereka untuk memfaktorkan bilangan yang sangat besar dengan cara yang tidak dapat dilakukan komputer klasik. Kapasitas pemfaktoran tak terbatas itulah yang relevan dengan klaim bahwa komputer kuantum dapat membobol algoritma RSA. Oleh karena itu, ada batasan berapa banyak qubit yang dapat dimasukkan oleh insinyur ke dalam komputer kuantum “terkuat”—setelah 1.000 qubit, sistem akan berhenti berkembang jauh sebelum mencapai skala yang dibutuhkan. Sebagai informasi, ambang batas itu jauh di bawah perkiraan umum jumlah qubit yang diperlukan untuk memecahkan RSA: 4.099 qubit.
Beban Pembuktian
Meskipun merupakan proposisi yang menarik, mekanika kuantum rasional masih sangat spekulatif. Hanya waktu dan pengujian yang akan menunjukkan sejauh mana—jika ada—proposal ini dapat mengubah keadaan menjadi lebih baik atau buruk. Dalam makalahnya, Palmer mengusulkan uji eksperimental untuk membelitkan banyak qubit sesuai dengan algoritme spesifik dan memeriksa tanda-tanda penurunan kinerja.
Di sisi lain, mekanika kuantum tetaplah salah satu teori yang paling banyak diuji secara empiris. Palmer benar bahwa ruang Hilbert lebih merupakan “idealiasi”, seperti yang dia katakan dalam pernyataannya, tetapi juga belum ada eksperimen yang menunjukkan jenis ruang fisik diskret seperti yang dijelaskan Palmer dalam proposalnya.
Secara pribadi, saya tidak ingin terlalu mendiskreditkan ide baru ini. Tidak bijaksana untuk berasumsi bahwa sesuatu “tidak mungkin” ketika hal-hal kuantum terlibat. Namun klaim besar memerlukan bukti yang besar, dan jika sesuatu yang seperti itu muncul dari teori ini, saya akan menjadi yang pertama untuk mempelajarinya lebih lanjut.