Komputer kuantum adalah teknologi yang diharapkan dapat memberikan kecepatan dan kemampuan komputasi yang jauh melampaui komputer klasik saat ini. Dengan menggunakan qubit sebagai unit informasi dasar, komputer kuantum dapat memanfaatkan sifat-sifat fisika kuantum seperti superposisi dan entanglement untuk melakukan operasi yang tidak mungkin dilakukan oleh komputer klasik.

Namun, komputer kuantum juga menghadapi tantangan besar dalam menjaga kestabilan dan akurasi qubit. Qubit sangat rentan terhadap gangguan lingkungan dan kesalahan operasional, yang dapat merusak informasi kuantum dan menyebabkan hasil yang salah atau tidak dapat diprediksi. Oleh karena itu, salah satu tujuan utama dalam pengembangan komputer kuantum adalah menciptakan sistem koreksi kesalahan kuantum yang dapat mendeteksi dan memperbaiki kesalahan tanpa mengganggu informasi kuantum.

Google Mengurangi Tingkat Kesalahan Operasi Kuantum

Pada bulan September 2021, ilmuwan Google mengumumkan bahwa mereka telah melewati tonggak penting dalam pencarian untuk mengembangkan komputasi kuantum yang efektif. Sebuah studi baru menunjukkan bahwa mereka berhasil mengurangi tingkat kesalahan operasi kuantum pada mesin Sycamore mereka hingga di bawah 0,5 persen untuk pertama kalinya.

Operasi kuantum adalah langkah-langkah dasar untuk melakukan perhitungan pada qubit. Misalnya, operasi NOT adalah operasi sederhana yang membalikkan nilai qubit dari 0 menjadi 1 atau sebaliknya. Operasi-operasi ini harus dilakukan dengan sangat hati-hati agar tidak merusak informasi kuantum atau menyebabkan dekoherensi qubit.

Tingkat kesalahan operasi kuantum adalah ukuran seberapa sering operasi tersebut gagal atau memberikan hasil yang salah. Tingkat kesalahan ini harus diminimalkan agar komputer kuantum dapat berfungsi dengan baik dan memberikan hasil yang andal. Menurut Google, tingkat kesalahan di bawah 0,5 persen adalah ambang batas minimum untuk mencapai apa yang disebut sebagai “threshold error correction”, yaitu kondisi di mana sistem koreksi kesalahan dapat bekerja secara efisien dan menjamin keandalan komputasi kuantum.

Koreksi Kesalahan Kunci untuk Komputer Kuantum Berguna

Koreksi kesalahan adalah proses mendeteksi dan memperbaiki kesalahan pada data tanpa menghilangkan informasinya. Pada komputer klasik, hal ini biasanya dilakukan dengan menggunakan bit paritas atau kode Hamming, yang menambahkan bit-bit tambahan pada data untuk membuatnya lebih tahan terhadap kesalahan.

Pada komputer kuantunm, hal ini lebih sulit karena prinsip ketidakpastian Heisenberg melarang pengukuran langsung pada qubit tanpa merusak informasinya. Oleh karena itu, koreksi kesalahank uantunm memerlukan teknik-teknik canggih seperti kode-kode kuantunm (mis., kode Shor atau kode Steane), sindrom-sindrom pengukuran (mis., pengukuran stabilizer), dan logika-logika gerbang (mis., gerbang Toffoli).

Koreksi kesalahan kuantum adalah kunci untuk menciptakan komputer kuantum yang berguna, yaitu komputer kuantum yang dapat menyelesaikan masalah yang tidak dapat diselesaikan oleh komputer klasik. Google mengklaim bahwa dengan mengurangi tingkat kesalahan operasi kuantum hingga di bawah 0,5 persen, mereka telah mencapai syarat untuk membangun sistem koreksi kesalahan kuantum yang efektif.

Bagaimana Cara Kerja Koreksi Kesalahan Kuantum?

Koreksi kesalahan kuantum melindungi informasi dengan menyandikannya di beberapa qubit fisik untuk membentuk qubit logis1. Qubit logis ini memiliki tingkat kesalahan yang lebih rendah daripada qubit fisik dan dapat digunakan untuk melakukan perhitungan kuantum yang lebih kompleks dan andal.

Untuk mendeteksi dan memperbaiki kesalahan pada qubit fisik, sistem koreksi kesalahan kuantum menggunakan teknik-teknik seperti kode-kode kuantunm2, sindrom-sindrom pengukuran3, dan logika-logika gerbang3. Kode-kode kuantunm adalah cara untuk menyusun qubit fisik dalam pola-pola tertentu yang memungkinkan pendeteksian dan perbaikan kesalahan tanpa mengganggu informasi. Sindrom-sindrom pengukuran adalah cara untuk mengukur sebagian dari qubit fisik tanpa merusak informasi pada qubit logis. Logika-logika gerbang adalah cara untuk melakukan operasi-operasi pada qubit logis dengan menggunakan gerbang-gerbang kuantum yang tahan terhadap kesalahan.

Apa Manfaat Koreksi Kesalahan Kuantum?

Koreksi kesalahan kuantum memiliki manfaat besar bagi perkembangan komputer kuantum yang berguna. Komputer kuantum dapat melakukan jutaan perhitungan secara bersamaan berkat superposisi kuantum1, yang memungkinkan qubit untuk mewakili dua nilai sekaligus. Komputer kuantum juga dapat memanfaatkan keterikatan kuantum2, yang merupakan fenomena di mana dua atau lebih qubit saling mempengaruhi meskipun terpisah secara fisik.

Dengan kemampuan ini, komputer kuantum dapat menyelesaikan masalah-masalah yang tidak dapat diselesaikan oleh komputer klasik, atau menyelesaikannya dengan lebih cepat dan efisien. Beberapa aplikasi potensial dari komputer kuantum adalah:

• Simulasi cuaca: Komputer kuantum dapat membantu memodelkan sistem-sistem dinamis yang kompleks seperti iklim dan cuaca dengan akurasi yang lebih tinggi3.
• Pemecahan kode enkripsi: Komputer kuantum dapat mengancam keamanan sistem-sistem enkripsi saat ini dengan menggunakan algoritma-algoritma seperti faktorisasi Shor dan pencarian Grover3. Namun, komputer kuantum juga dapat menciptakan sistem-sistem enkripsi baru yang lebih kuat berdasarkan prinsip-prinsip mekanika kuantum.
• Proses pembelajaran mesin: Komputer kuantum dapat meningkatkan kemampuan pembelajaran mesin dengan menggunakan algoritma-algoritma seperti regresi linier kuantum, yang dapat menemukan hubungan antara variabel-variabel dengan lebih cepat dan akurat daripada algoritma klasik.
• Kedokteran: Komputer kuantum dapat membantu dalam desain obat-obatan, diagnosis penyakit, dan terapi genetik dengan menggunakan simulasi kuantum untuk memodelkan molekul-molekul dan interaksi-interaksi biologis1.
• Energi: Komputer kuantum dapat membantu dalam pencarian dan pengembangan sumber-sumber energi baru yang bersih dan terbarukan dengan menggunakan optimisasi kuantum untuk menyelesaikan masalah-masalah yang sulit seperti penempatan panel surya atau desain reaktor fusi2.

Ini hanyalah beberapa contoh dari manfaat komputer kuantum. Tentu saja, masih banyak aplikasi lain yang belum diketahui atau belum dikembangkan. Komputer kuantum adalah bidang penelitian yang sangat menjanjikan dan memiliki potensi untuk mengubah dunia.

Referensi:

1. https://apacontoh.com/komputer-kuantum/index.html
2. https://www.republika.co.id/berita/qnysep284/manfaat-komputer-kuantum
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_error_correction
4. https://theconversation.com/inovasi-dari-komputer-kuantum-mengapa-kita-membutuhkannya-102890
5. https://learn.microsoft.com/id-id/analysis-services/data-mining/microsoft-linear-regression-algorithm?view=asallproducts-allversions