Komputer kuantum berjanji suatu hari akan mengubah dunia dengan melakukan jenis komputasi yang secara matematis berada di luar jangkauan sistem digital tradisional. Salah satu tantangan dalam mewujudkan masa depan ini adalah kenyataan bahwa sistem kuantum dapat dengan mudah diganggu oleh dorongan sekecil apa pun dari dunia luar, membuatnya sangat bisa salah.

Para peneliti di Google AI, sebuah divisi dari raksasa pencarian internet, telah menunjukkan bahwa mereka dapat memperbaiki kesalahan pada komputer kuantum dengan kecepatan yang meningkat saat komputer menjadi lebih kuat. Hasilnya dapat memberikan jalan menuju tujuan akhir industri: komputer kuantum yang dapat digunakan untuk berbagai aplikasi yang berguna dan berharga secara ekonomi.

“Satu-satunya cara untuk mencapai ini adalah dengan memperkenalkan koreksi kesalahan kuantum,” kata Hartmut Nevin, kepala lab kecerdasan buatan kuantum Google di Santa Barbara, California, pada konferensi pers online pada hari Selasa. “Saya akan menyebut ini sebagai ritus peralihan yang harus dilalui oleh setiap teknologi komputasi kuantum yang matang.”

Investor mengatakan bintang komputasi kuantum D-Wave menghadapi krisis uang tunai

Pencapaian tersebut datang saat Google GOOGL-Q dan perusahaan lain sedang mengembangkan komputer kuantum berdasarkan berbagai teknologi inti. Pada titik ini, belum jelas pendekatan mana yang dapat menghasilkan platform yang paling kompetitif secara komersial. Pada tahun 2019, Google menjadi yang pertama mengklaim keunggulan kuantum dengan melakukan perhitungan numerik terbatas lebih cepat daripada sistem digital, menggunakan chip berbasis sirkuit superkonduktor yang didinginkan hingga suhu helium cair. Tahun lalu, Xanadu Quantum Systems Inc. Perusahaan yang berbasis di Toronto telah mencapai tonggak sejarah yang sama dengan mesin suhu ruangan yang bergantung pada interaksi gelombang cahaya.

Tapi terlepas dari desain sistem kuantum, pentingnya penekanan kesalahan adalah tema yang berulang di lapangan.

Bahkan sistem komputer normal dapat mengembangkan kesalahan saat menjalankan operasinya. Salah satu cara utama untuk mengatasi hal ini adalah dengan melindungi bit informasi — satu dan nol yang terletak di jantung setiap perhitungan numerik — dengan tiga lapisan redundansi. Misalnya, jika satu bit dikodekan tiga kali alih-alih satu kali, setiap kesalahan dalam cara bit direkam dan disimpan oleh komputer akan lebih berat daripada dua lainnya jika dikodekan dengan benar. Dalam pengaturan seperti itu, komputer melihat tiga bit sebagai “011” dan menafsirkannya sebagai “1”.

Dalam sistem komputer kuantum, bit digantikan oleh qubit yang sifat kuantumnya memungkinkannya mempertahankan nilai fuzzy, setiap kombinasi satu dan nol, saat melakukan perhitungan. Mempertahankan keadaan seperti itu adalah keseimbangan halus yang terus-menerus berisiko terhadap getaran dan bentuk kebisingan sistem lainnya. Sistem kuantum dapat dibuat lebih kuat jika informasi yang terkandung dalam satu qubit tersebar di sekelompok qubit yang dihubungkan bersama. Kemudian setiap kelompok qubit fisik memainkan peran qubit logis tunggal dalam operasi komputer.

Tantangan bagi mereka yang ingin membangun komputer kuantum yang toleran terhadap kesalahan — komputer yang dapat memantau kesalahan — adalah menemukan cara untuk menambahkan qubit tanpa menambah ketidakstabilan pada sistem yang sudah rapuh.

Dalam upaya terbaru mereka, Dr. Nevin dan timnya telah mengembangkan strategi untuk mengintegrasikan qubit ke dalam versi chip superkonduktor mereka. Dalam percobaan, ketika setiap qubit logis terdiri dari 17 qubit fisik, tingkat kesalahan diukur lebih dari 3 persen per siklus komputasi. Ketika jumlah qubit fisik per logis ditingkatkan menjadi 49, tingkat kesalahan turun menjadi sekitar 2,9 persen.

“Peningkatan yang kami lihat sangat minim,” kata Julian Kelly, seorang anggota tim. “Yang ingin kami lakukan adalah membuat peningkatan ini sangat signifikan, karena kami menambahkan lebih banyak perbaikan bug.”

di dalam Makalah penelitian Menjelaskan pekerjaan tersebut, yang diterbitkan Rabu di jurnal Nature, tim Google menyarankan bahwa ketika komputer kuantum semakin besar, metode yang mereka gunakan untuk mengontrol kesalahan akan memungkinkan komputer tersebut beroperasi dengan andal.

“Ini benar-benar kemajuan,” kata Daniel Gottsman, seorang profesor ilmu komputer teoretis di University of Maryland, yang tidak terlibat dalam pekerjaan tersebut. “Mereka mampu menyatukan semuanya dengan cukup tepat sehingga mereka benar-benar bisa melihat harapan untuk perbaikan.”

Masih harus dilihat apakah harapan itu terpenuhi karena mesin kuantum secara bertahap menjadi lebih besar. Sementara jenis sistem yang peneliti kerjakan saat ini berada pada skala puluhan hingga ratusan qubit, diperkirakan akan membutuhkan mesin dengan satu juta atau lebih qubit yang melakukan miliaran operasi untuk mewujudkan potensi sebenarnya dari komputasi kuantum.

Dr. Gottsman mengatakan salah satu pencapaian yang masih dia nantikan adalah mengembangkan qubit koreksi kesalahan yang jelas lebih baik daripada qubit yang tidak menggunakan koreksi kesalahan sama sekali.

Pertanyaan terbuka lainnya adalah apakah metode koreksi kesalahan yang meningkatkan satu jenis sistem kuantum akan baik untuk jenis lainnya. Misalnya, pendekatan yang digunakan oleh tim Google dikenal sebagai “kode permukaan” karena cocok untuk menghubungkan qubit pada bidang dua dimensi, seperti sirkuit superkonduktor pada sebuah chip.

Kode permukaan juga dapat digunakan dengan cara yang berlaku untuk komputer kuantum berbasis cahaya yang antara lain dikembangkan oleh Xanadu. Namun, sistem seperti itu dapat mengeksploitasi cara lain di mana qubit berinteraksi dalam ruang 3D untuk menemukan metode koreksi kesalahan yang bekerja lebih baik daripada kode permukaan.

“Kami sangat fokus untuk membangun komputer kuantum yang mengoreksi kesalahan,” kata Zachary Vernon, kepala petugas teknologi perangkat keras di Xanadu. “Sebagian besar dari fokus kami adalah mengembangkan simbol yang meningkatkan konektivitas 3D.”