Apakah Menghubungkan Komputer Kuantum Secara Rantai Mungkin? Peneliti Memiliki Jawaban

Meningkatkan Skala Komputasi Kuantum

Komputer kuantum diperkirakan suatu hari nanti akan menjadi teknologi inti untuk komputasi lanjutan dalam bioteknologi, ilmu material, keuangan, kriptografi, dan sistem kompleks lainnya yang sulit ditangani oleh komputer berbasis silikon.

Namun, ada dua hal yang menghambat komputer kuantum untuk menjadi lebih umum.

Hal pertama adalah semakin banyak qubit (setara kuantum dengan bit biner) dalam sebuah sistem, semakin tinggi tingkat kesalahannya, dengan setiap ketidakstabilan menyebabkan efek domino.

Ini mungkin segera menjadi masalah masa lalu, berkat kemajuan terbaru yang dibuat oleh Google (GOOGL ) dan chip Willow-nya, yang mencapai penurunan tingkat kesalahan seiring penambahan lebih banyak qubit.

Masalah lainnya adalah kemungkinan adanya batas ukuran seberapa besar sebuah komputer kuantum individu dapat menjadi, serupa dengan cara sebuah chip silikon hanya dapat menjadi begitu kuat sebelum menghadapi masalah pasokan daya, overheating, dll.

Hal ini juga mungkin akan terpecahkan, berkat karya peneliti di Universitas Oxford. Mereka berhasil menciptakan jaringan komputer kuantum terdistribusi, mirip dengan cara server yang menggunakan chip berbasis silikon beroperasi, berpotensi membuka jalan bagi superkomputer kuantum.

Mereka mengumumkan hasil mereka dalam publikasi bergengsi Nature, dengan judul “Distributed quantum computing across an optical network link”¹.

Menghubungkan Komputer Kuantum

Cara kerja komputer kuantum saat ini adalah sebagai unit terisolasi, yang berisi beberapa ratus atau mungkin hingga seribu qubit untuk yang paling canggih.

Masalahnya adalah memperbesar mereka menjadi sangat kompleks, karena semakin besar sistem, semakin banyak ketidakstabilan dan gangguan dari lingkungan yang dapat mengganggu efek kuantum yang menjadi dasar komputer.

Pada saat yang sama, komputasi yang berguna kemungkinan akan membutuhkan jutaan qubit, menempatkan industri pada potensi jalan buntu. Setidaknya, selama komputer kuantum tidak dapat dihubungkan satu sama lain.

Dan hal ini lebih mudah dikatakan daripada … karena komputer kuantum sangat berbeda dari chip silikon. Pada komputer tradisional, 0 & 1 adalah sinyal listrik yang dapat ditransmisikan ke mesin lain dengan relatif mudah.

Untuk komputer kuantum, yang perlu dikomunikasikan adalah keadaan kuantum dari qubit itu sendiri. Keadaan kuantum ini sulit dipertahankan stabil di luar kondisi yang sangat spesifik, biasanya melibatkan suhu ultra‑rendah yang hanya beberapa derajat di atas nol mutlak.

Memanfaatkan Teleportasi Kuantum

Eksperimen Teleportasi Kuantum Sebelumnya

Pada Januari 2025, kami melaporkan indikasi pertama bahwa teleportasi kuantum dalam serat optik merupakan sebuah kemungkinan. Tampaknya hal itu bahkan dapat dijalankan dalam jaringan serat optik biasa bersamaan dengan aliran data “normal”.

Meskipun terdengar seperti konsep fantasi dari film fiksi ilmiah, teleportasi kuantum sebenarnya merupakan fenomena nyata yang telah dipelajari selama puluhan tahun.

Ini terjadi ketika 2 partikel berbeda “dipasangkan/diikat” bersama, sesuatu yang disebut keterikatan kuantum.

Dalam kasus ini, ketika dua partikel terhubung, terlepas dari jarak di antara mereka, mereka bertukar informasi dalam jarak yang sangat jauh — tanpa secara fisik membawanya. Dalam beberapa kasus, bahkan mungkin pertukaran informasi terjadi lebih cepat daripada kecepatan cahaya, sesuatu yang secara teoritis tidak mungkin.

Ini merupakan langkah pertama yang sangat penting, karena menunjukkan bahwa kita tidak memerlukan teknologi baru untuk bekerja karena kabel dapat melakukan teleportasi kuantum antara komputer kuantum.

Namun ini belum menjadi koneksi langsung antara 2 komputer kuantum.

Menghubungkan Qubit

Inilah langkah yang dicapai oleh peneliti Oxford. Mereka menggunakan serat optik untuk menghubungkan qubit bersama-sama dan membuatnya terikat, menggunakan foton (partikel cahaya).

Sumber: Nature

Dalam percobaan laboratorium, modul-modul dipisahkan sekitar 2 meter, masing-masing berisi jaringan khusus dan qubit sirkuit. Namun jarak yang lebih panjang juga dapat dicapai.

Dengan menyesuaikan interaksi ini secara cermat, kita dapat melakukan gerbang logika kuantum – operasi fundamental komputasi kuantum – antara qubit yang berada di komputer kuantum terpisah.

Terobosan ini memungkinkan kita untuk secara efektif “menyambungkan” prosesor kuantum yang berbeda menjadi satu komputer kuantum yang sepenuhnya terhubung.

Dougal Main – Mahasiswa Pascasarjana di grup riset komputasi kuantum penangkap ion di Oxford

Sumber: Nature

Jenis komputer kuantum yang digunakan adalah modul penangkap ion. Komputer kuantum penangkap ion umumnya memiliki jauh lebih sedikit qubit, tetapi dengan keandalan dan efisiensi yang jauh lebih tinggi, dengan jumlah qubit serupa menghasilkan hasil yang 100‑1.000 kali lebih dapat diandalkan dibandingkan metode komputasi kuantum lainnya.

Sumber: Quantinuum

Efisiensi Tinggi

Keterikatan antara qubit yang terhubung mencapai fidelitas 86%.

Saat menjalankan algoritma pencarian Grover, sebuah tolok ukur komputasi di mana komputer kuantum secara radikal melampaui komputer biasa, tingkat keberhasilannya adalah 71%.

Algoritma pencarian Grover mencari item tertentu dalam dataset besar yang tidak terstruktur jauh lebih cepat daripada komputer biasa, dengan memanfaatkan fenomena kuantum superposisi dan keterikatan untuk menjelajahi banyak kemungkinan secara paralel.

Ini sangat tinggi, terutama mengingat ini merupakan pencapaian pertama kali sebelum ada optimasi atau perbaikan metode apa pun.

Dampak Penemuan Ini

Superkomputer Kuantum?

Ini membuka jalan bagi cara yang sepenuhnya berbeda dalam membangun komputer kuantum, meniru cara superkomputer dibangun dari subsistem terpisah yang saling berkomunikasi mengenai perhitungan mereka.

Sistem semacam itu juga akan sangat modular, alih-alih membutuhkan komputer kuantum terpusat yang semakin kompleks dan masif.

Dengan menghubungkan modul-modul menggunakan tautan fotonik, sistem memperoleh fleksibilitas berharga, memungkinkan modul untuk ditingkatkan atau diganti tanpa mengganggu seluruh arsitektur.

Dougal Main – Mahasiswa Pascasarjana di grup riset komputasi kuantum penangkap ion di Oxford

Sumber: Nature

Kebangkitan Teknologi Penangkap Ion

Sampai saat ini, teknologi penangkap ion merupakan yang lebih dapat diandalkan, dan yang paling dekat dengan penggunaan praktis, tetapi terbatas oleh kesulitan menambahkan lebih banyak qubit ke dalam suatu sistem. Karena itu, diperkirakan sistem lain yang menggunakan qubit superkonduktor akan menjadi bentuk akhir komputer kuantum.

Jika teknologi penangkap ion dapat mengatasi batas ini melalui jaringan yang ditingkatkan, hal ini mungkin tidak lagi benar. Ini akan membuat perusahaan yang berspesialisasi di bidang ini jauh lebih menarik bagi investor.

Perusahaan Komputasi Kuantum Penangkap Ion

IonQ

IonQ adalah perusahaan komputasi kuantum yang menggunakan teknologi penangkap ion, didirikan oleh ilmuwan pionir di bidang ini dari Universitas Maryland dan Duke University. Perusahaan ini terdaftar secara publik di NYSE pada tahun 2021.

Platform komputasi kuantum IonQ mampu menghasilkan hasil dengan fidelitas 99,9%. Saat ini mereka menggunakan rantai ion barium 64, menghasilkan 36 qubit algoritmik (AQ). Organisasi rantai ini memungkinkan komputasi jauh lebih cepat dibandingkan desain penangkap ion lainnya tanpa kehilangan fidelitas.

Sumber: IonQ

IonQ mengakuisisi Qubitekk pada Januari 2025, menambahkan ke operasinya tim perusahaan dan 118 paten ke IonQ. Spesialisasi Qubitekk adalah jaringan kuantum, menggunakan interkoneksi fotonik, memungkinkan klaster kuantum, dan memajukan kemampuan internet kuantum.

Jaringan kuantum seharusnya memfasilitasi komunikasi yang sangat aman dan pada akhirnya memungkinkan komputasi kuantum terdistribusi. Mengingat seberapa cepat bidang ini berkembang, keahlian dan hak kekayaan intelektual pada topik ini mungkin menjadi kunci bagi masa depan IonQ.

IonQ juga mengembangkan kemitraan dengan NKT Photonics (NKT.CO) untuk membantu mengembangkan komputer kuantum siap untuk pusat data di masa depan.

IonQ juga berkolaborasi dengan Imec pada sirkuit terintegrasi fotonik dan teknologi penangkap ion skala chip untuk meningkatkan jumlah qubit, ukuran sistem, dan biaya perusahaan.

Alih-alih mengembangkan SDK (Software Development Kit) miliknya sendiri, perusahaan ini mendukung semua SDK utama sekaligus, dan bermitra dengan banyak perusahaan terkemuka untuk mengembangkan aplikasi komputasi kuantum baru.

Sumber: IonQ

IonQ adalah saham komputasi kuantum murni yang paling mendekati bagi investor yang tidak tertarik pada aktivitas utama pemimpin lain seperti Google, Intel (INTC ), IBM, atau Honeywell.

Jadi bersama dengan pesaingnya Quantinuum, bagian dari Honeywell (HON ), IonQ lebih dekat untuk mengembangkan komputer kuantum komersial, dengan fokus pada sistem penangkap ion dengan fidelitas tinggi dan jumlah qubit lebih sedikit.

Keberhasilan awalnya telah membantu membangun jaringan kemitraan yang kuat dengan inovator komputasi kuantum lainnya untuk terus mendorong teknologi ini ke depan, dengan fokus kembali baru-baru ini pada komputer kuantum yang terjaringan.

Referensi Studi:

^{1. Main, D., Drmota, P., Nadlinger, D.P., et al.(2025) Komputasi kuantum terdistribusi melalui tautan jaringan optik. Nature 638, 383–388. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08404-x}