Isu Kuantum: Kita Tak Pernah Benar-benar Tahu Masa Depan

Selama lebih dari satu dekade, orang-orang memperdebatkan apakah komputer kuantum merupakan ancaman nyata bagi jaringan Bitcoin. lebih dari 13 tahun lalu, topik ini menjadi bahan pembicaraan serius ketika saya pertama kali mengenal Bitcoin.

Sejak lama, ketika saya masih orang bodoh yang kebingungan mencoba memahami apa yang terjadi, telah ada banyak kemajuan, baik dari segi teori maupun rekayasa di dunia nyata.

Sejak saat itu, dua tonggak penting telah tercapai dan secara nyata mengubah kemungkinan komputer kuantum yang layak benar-benar dibuat dalam sekitar satu dekade mendatang. Namun, itu tidak serta-merta berarti komputer tersebut akan tersedia secara luas atau bahkan relatif mudah diakses oleh mereka yang memiliki modal besar.

Namun, sangat mungkin beberapa mesin yang layak akan dibuat dalam waktu dekat.

Peningkatan Koreksi Kesalahan

Peningkatan besar pertama terjadi pada koreksi kesalahan. Karena adanya noise bawaan saat bekerja pada skala yang sangat kecil ini, diperlukan beberapa qubit fisik redundan untuk menghasilkan qubit logis yang berguna dalam praktik komputasi.

Metode tercanggih sebelumnya adalah kode permukaan, yakni cara menggabungkan beberapa qubit fisik dalam sebuah kisi dan menggunakan sebagian di antaranya sebagai qubit pemeriksa. Qubit ini secara berkala "memeriksa" qubit tetangganya untuk memastikan tidak ada kesalahan internal dalam superposition (tanpa meruntuhkan superposition). Ruang kosong di setiap kisi harus diisi dengan qubit pemeriksa.

Kebutuhan akan qubit pemeriksa ini menciptakan overhead tambahan yang bisa mendekati 1.000 qubit fisik untuk setiap qubit logis secara total. Masalahnya semakin besar seiring skala karena qubit pemeriksa hanya dapat memeriksa qubit yang berada tepat di sebelahnya. Jadi, setiap kelompok qubit perlu memiliki pemeriksa yang ditempatkan dengan jarak yang sama.

Kode pemeriksaan paritas berdensitas rendah kuantum (qLDPC) menghilangkan hambatan ini, sehingga qubit pemeriksa dapat memeriksa qubit lain dalam jarak jauh di seluruh perangkat (baik melalui jalur yang dijalin untuk berkomunikasi lintas bagian chip, maupun dengan memindahkan atom secara fisik seperti pada desain atom netral). Hal ini memungkinkan pengurangan 10x pada jumlah qubit fisik yang diperlukan untuk menghasilkan qubit logis yang andal.

Itu bukan hal sepele. Meski ini mungkin belum menjadi mesin yang berfungsi penuh dan terus meningkatkan efisiensi, ini merupakan peningkatan efisiensi nyata dalam proses rekayasa yang mendasari pembuatan komputer kuantum yang berfungsi penuh.

Kemajuan dalam Membuktikan Prinsip Dasar

Hal kedua berkaitan dengan pertanyaan yang lebih mendasar tentang anggapan bahwa penambahan qubit fisik akan mengurangi noise keseluruhan dalam sistem, bukan meningkatkannya. Sampai saat ini, hal tersebut masih sebatas teori. Perlu diingat bahwa hingga kini belum pernah ada komputer kuantum yang berfungsi penuh dan berhasil melakukan komputasi dari awal hingga akhir yang tidak mampu dilakukan komputer klasik.

Google melakukan eksperimen menggunakan chip Sycamore (dan kemudian Willow) untuk menguji secara eksperimental dampak penambahan qubit fisik. Perlu ditegaskan, ini bukan demonstrasi pelaksanaan komputasi, melainkan sekadar demonstrasi penyimpanan informasi dalam memori tanpa mengalami kerusakan.

Mereka menunjukkan melalui penggunaan qubit logis yang masing-masing terdiri dari kelompok berisi 17 qubit fisik, 49 qubit fisik, dan 101 qubit fisik, bahwa tingkat kesalahan logis—frekuensi terjadinya korupsi data—menurun seiring bertambahnya jumlah qubit fisik. Pengujian ini melewati ambang kritis: qubit logis yang dibuat dari qubit fisik independen mempertahankan koherensi lebih lama daripada qubit fisik mana pun yang menyusunnya.

Sekali lagi, ini bukan lompatan menuju komputer kuantum yang berfungsi penuh dan mampu melakukan komputasi yang tidak dapat dilakukan mesin klasik, tetapi ini merupakan kemajuan nyata dalam membuktikan salah satu asumsi mendasar yang melandasi komputer kuantum.

AI

Dalam ranah masalah ini, kita juga menemukan solusi yang lebih baik untuk hal-hal lain. Artificial intelligence telah menjadi komponen penting dalam sistem ini. Teknologi ini digunakan dalam proses membaca dan menguraikan informasi dari komputer kuantum, yang merupakan hambatan besar untuk memanfaatkannya dalam skala besar.

AI juga digunakan untuk mengembangkan algoritma kuantum baru yang dioptimalkan bagi mesin jenis ini. Mengingat belakangan ini AI membantu memecahkan (atau bahkan membantah konjektur yang sudah ada) berbagai masalah besar di bidang matematika, mempertimbangkan kemungkinan terobosan besar yang dihasilkan oleh AI bukanlah lompatan pemikiran yang terlalu jauh.

AI juga digunakan untuk merancang sirkuit kuantum fisik yang dibuat dengan arsitektur berbeda. Ini merupakan masalah yang sangat rumit: mencari cara terbaik untuk menyusun gerbang kuantum dalam ruang fisik guna meminimalkan noise pada tingkat kuantum, tanpa menciptakan terlalu banyak ruang kosong yang menimbulkan latensi, inefisiensi, dan masalah lain yang perlu diatasi.

Faktor ini sangat mungkin mempercepat kemajuan dalam pemecahan masalah-masalah mendasar yang diperlukan.

Prospek ke Depan

Pada akhirnya, menurut saya, semua ini bermuara pada satu pertanyaan: apakah anggapan bahwa penambahan qubit fisik mengurangi noise benar-benar berlaku dalam komputasi dan manipulasi aktif informasi kuantum.

Jika anggapan itu memang benar dan tidak terbukti keliru melalui eksperimen dalam waktu dekat, saya rasa ada peluang nyata komputer kuantum yang layak dapat dibuat dalam sepuluh tahun ke depan.

Sumber daya yang sangat besar dikerahkan untuk mengatasi masalah ini, ada kemajuan signifikan (meski tidak luar biasa) dalam memecahkan bagian-bagiannya, dan jika pada dasarnya sesuatu memang dapat dilakukan, manusia biasanya akan menemukan caranya.

Saya tidak mengatakan bahwa sekarang saatnya panik, tetapi jangan mengabaikan kemungkinan tersebut.