Terobosan Qubit Majorana: Apa Artinya bagi Komputasi Kuantum

Tim peneliti dari Delft University of Technology dan sejumlah lembaga terkemuka lainnya baru saja mencapai tonggak penting dalam komputasi kuantum. Riset mereka berfokus pada qubit Majorana dan cara mengintegrasikannya secara efektif ke dalam rancangan komputer masa depan. Berikut hal-hal yang perlu diketahui.

Memahami Komputer Kuantum

Untuk memahami pentingnya riset ini, kita perlu meninjau komputasi kuantum dan tantangan yang ingin diatasi para peneliti. Berbeda dari komputer klasik, komputer kuantum mengandalkan mekanika kuantum, khususnya qubit.

Qubit memanfaatkan superposisi dan keterikatan kuantum. Dengan algoritme yang sesuai, keduanya dapat memberikan kinerja komputasi jauh lebih tinggi daripada bit biner untuk masalah tertentu. Namun, itu tidak berarti setiap perhitungan otomatis menjadi ribuan kali lebih cepat.

Tantangan Kebisingan Lingkungan

Komputer kuantum tidak hanya berdaya komputasi tinggi, tetapi juga sulit dioperasikan dan dipelihara. Sistem berbasis superkonduktor yang dibahas di sini memerlukan suhu amat rendah, sehingga menggunakan perangkat kriogenik agar keadaan qubit tetap terjaga.

Sumber – Bervice

Meski perangkat tersebut digunakan, dekoherensi tetap dapat menjadi masalah. Istilah ini merujuk pada hilangnya koherensi keadaan kuantum akibat interaksi qubit dengan lingkungan, yang dapat membuat hasil perhitungan keliru atau tidak dapat digunakan.

Strategi Mengatasi Dekoherensi

Para insinyur telah mengembangkan beberapa metode untuk mengatasinya. Salah satu yang paling umum adalah koreksi kesalahan kuantum (QEC), yaitu mengodekan informasi satu qubit logis ke beberapa qubit fisik agar kesalahan dapat dideteksi dan diperbaiki.

Pendekatan lain adalah dekopling dinamis. Rangkaian pulsa mengurangi dampak interaksi yang tidak diinginkan antara qubit dan lingkungan sehingga keadaan kuantum dapat dipertahankan lebih lama.

Qubit Topologis

Geser untuk menggulir →

Salah satu pendekatan yang paling menjanjikan adalah qubit topologis. Gagasan utamanya ialah mengodekan informasi di antara keadaan yang terpisah secara spasial, bukan pada satu titik, sehingga pengaruh gangguan lokal berkurang. Pendinginan kriogenik tetap diperlukan, tetapi perlindungan topologis tidak semata-mata berasal dari pendinginan atau isolasi.

Perlindungan semacam ini dapat meningkatkan ketahanan terhadap gangguan lokal tertentu. Namun, itu tidak berarti sistem akan memperbaiki semua kesalahan dengan sendirinya. Perlindungan yang lebih kuat terhadap dekoherensi dapat menjadi salah satu kunci untuk mewujudkan potensi teknologi ini.

Sifat Unik Qubit Majorana

Dalam riset komputasi kuantum topologis, mode nol Majorana sangat menarik perhatian. Mode ini dapat muncul pada batas sistem superkonduktor topologis yang sesuai dan memungkinkan informasi kuantum dikodekan secara nonlokal. Tujuannya adalah menghasilkan qubit yang lebih tahan terhadap gangguan lokal.

Kuasipartikel yang tidak biasa ini didefinisikan oleh sifatnya sebagai antipartikel bagi dirinya sendiri. Minat terhadap arsitektur berbasis Majorana berasal dari kemungkinan bahwa sifat tersebut dan pengodean nonlokal dapat memberikan perlindungan lebih kuat dibandingkan qubit konvensional.

Mengatasi Tantangan Deteksi dan Pembacaan

Salah satu tantangan terbesar qubit berbasis Majorana justru merupakan keunggulannya: informasi tidak terlokalisasi pada satu titik. Ketika informasi dikodekan di antara mode pada wilayah berbeda, sensor lokal sulit membacanya atau mendeteksinya.

Untuk keadaan yang sulit dibedakan oleh sensor lokal konvensional ini, para peneliti menunjukkan metode pembacaan baru. Pendekatan tersebut dapat membantu pengembangan perangkat kuantum yang lebih stabil di masa depan.

Terobosan: Studi Qubit Majorana

Studi “Single-shot parity readout of a minimal Kitaev chain”¹, yang terbit daring di Nature pada 11 Februari 2026, menunjukkan pembacaan paritas fermionik secara waktu nyata. Hasil ini menjawab salah satu tantangan eksperimen penting dalam mengukur sistem berbasis Majorana.

Kapasitansi Kuantum: Pendekatan Pengukuran Minim Gangguan

Para peneliti menggunakan metode pembacaan paritas melalui kapasitansi kuantum. Resonator frekuensi radio mendeteksi respons listrik perangkat untuk membedakan keadaannya. Tujuannya memperoleh informasi tanpa menimbulkan gangguan yang tidak perlu pada keadaan kuantum, bukan berarti pengukuran sama sekali tidak melibatkan interaksi fisik.

Membangun Rantai Kitaev Minimal

Tim membuat rantai Kitaev minimal dari titik-titik kuantum semikonduktor yang dihubungkan melalui superkonduktor. Struktur nano khusus ini menyediakan platform eksperimen terkendali untuk meneliti mode Majorana.

Mode pada rantai minimal dua-situs ini kadang disebut “poor man’s Majoranas”. Meski terpisah secara spasial, perlindungannya terbatas dibandingkan rantai yang lebih panjang. Karena itu, hasil ini tidak boleh ditafsirkan sebagai pembuktian perlindungan topologis penuh dalam semua kondisi.

Tahap Pengujian

Dalam pengujian, probe kapasitansi kuantum diterapkan pada rantai Kitaev minimal dan perangkat disetel ke titik kerja tempat mode Majorana terbentuk. Sistem diisolasi untuk mengurangi interaksi yang tidak diinginkan. Penginderaan muatan secara bersamaan digunakan untuk memastikan kedua keadaan paritas netral dalam hal muatan.

Hasil Utama dan Pengamatan

Metode tersebut dapat membedakan paritas genap atau ganjil dari keadaan fermionik bersama dalam sekali ukur. Waktu hidup paritas lebih dari satu milidetik teramati. Ini merupakan langkah penting dalam pembacaan untuk memantau dan mengendalikan sistem berbasis Majorana dari waktu ke waktu.

Para peneliti juga mencatat peralihan paritas acak. Pengamatan ini menunjukkan bahwa pengukuran yang menghubungkan kedua mode dapat memantau keadaan secara waktu nyata.

Potensi Manfaat bagi Sektor Kuantum

Riset ini dapat membantu membuka jalan menuju perangkat kuantum yang lebih stabil. Perangkat saat ini rapuh baik dari sisi perangkat keras maupun kondisi operasinya; kerentanan itu meningkatkan biaya pembuatan, pengoperasian, dan pemeliharaan.

Jika berhasil dikembangkan, pendekatan berbasis Majorana dapat membantu insinyur membuat perangkat lebih stabil dan mengurangi beban koreksi kesalahan. Manfaat seperti kapasitas komputasi lebih besar dan kebutuhan energi lebih rendah masih menjadi sasaran yang bergantung pada riset dan peningkatan skala.

Ketahanan topologis yang diharapkan membuat pendekatan ini menarik bagi peneliti yang ingin membangun perangkat kuantum toleran-kesalahan. Persiapan keadaan, pelacakan, dan peningkatan skala yang andal masih menjadi langkah penting yang harus dituntaskan.

Aplikasi Dunia Nyata & Garis Waktu

Teknologi ini berpotensi membantu sejumlah aplikasi. Sasaran paling langsung adalah komputer kuantum yang lebih baik. Stabilitas yang meningkat pada akhirnya dapat menurunkan biaya dan memperluas akses.

Penemuan Obat

Penemuan obat merupakan salah satu bidang yang kelak dapat memanfaatkan komputasi kuantum. Komputer kuantum yang cukup maju dapat memodelkan interaksi molekuler yang sulit ditangani komputasi klasik. Potensi ini tidak berarti perangkat saat ini sudah menjadi alat penemuan obat yang matang dan sangat diperlukan.

Kriptografi dan Ketahanan Kesalahan

Komputer kuantum yang cukup besar dan toleran-kesalahan—apa pun jenis qubitnya—dapat mengancam sistem kriptografi tradisional seperti RSA dan ECC melalui algoritme seperti Shor. Jika sistem berbasis Majorana yang dapat diskalakan terwujud, waktu menuju gangguan kriptografi praktis dapat memendek. Namun, qubit Majorana bukan alat kriptografi; ia merupakan usulan landasan perangkat keras bagi prosesor kuantum yang lebih stabil.

Garis Waktu Industri yang Diproyeksikan

Artikel sumber memperkirakan teknologi ini mungkin memerlukan 7–10 tahun sebelum digunakan luas. Itu hanyalah perkiraan; masih banyak pekerjaan untuk membawanya dari konsep ke skala besar. Kemajuan kuantum lain juga dapat mempercepat perkembangan.

Tim Peneliti

Riset ini dilakukan melalui kolaborasi yang berpusat di Delft University of Technology. Para penulisnya mencakup Nick van Loo, Francesco Zatelli, Gorm O. Steffensen, Bart Roovers, Guanzhong Wang, Thomas Van Caekenberghe, Alberto Bordin, David van Driel, Yining Zhang, Wietze D. Huisman, Ghada Badawy, Erik P. A. M. Bakkers, Grzegorz P. Mazur, Ramón Aguado, dan Leo P. Kouwenhoven.

Masa Depan Sektor

Studi ini merupakan langkah eksperimen penting dalam pembacaan keadaan Majorana. Hasilnya menjadi landasan untuk meneliti penggunaan pendekatan tersebut pada sistem masa depan, tetapi skalabilitas komersial dan toleransi kesalahan penuh belum dibuktikan.

Berinvestasi dalam Inovasi Komputasi Kuantum

Komputasi kuantum adalah sektor yang berkembang pesat. Sejumlah perusahaan teknologi telah menanamkan jutaan dolar dalam riset dan pengembangan untuk membawa perangkat kuantum ke penggunaan yang lebih luas. Microsoft adalah salah satu perusahaan yang lama berinvestasi dalam pendekatan berbasis Majorana.

Microsoft

Microsoft (MSFT ) didirikan pada 1975 oleh Bill Gates dan Paul Allen. Perusahaan ini bermula di New Mexico lalu pindah ke negara bagian Washington. Lisensi MS-DOS kepada IBM berperan penting dalam meluasnya komputer pribadi.

Microsoft mempertahankan semangat inovasinya pada era komputasi kuantum. Pada 2025, misalnya, perusahaan mengumumkan chip Majorana 1. Microsoft berinvestasi besar dalam riset qubit topologis, termasuk peta jalan arsitektur berbasis Majorana dan perangkat eksperimen untuk menunjukkan mode Majorana yang dapat dikendalikan.

Berita dan Kinerja Terkini Microsoft (MSFT)

Kesimpulan

Studi ini berkontribusi pada langkah berikutnya dalam evolusi komputer kuantum. Hasilnya dapat membuka jalan menuju perangkat yang lebih stabil dan berbiaya lebih rendah serta membantu memahami pendekatan alami untuk mengurangi dekoherensi. Karena itu, riset tersebut penting bagi kemajuan sektor kuantum.

Pelajari terobosan menarik lainnya di bidang komputasi di sini.

Referensi

^{1. van Loo, N., Zatelli, F., Steffensen, G.O. et al. Single-shot parity readout of a minimal Kitaev chain. Nature 650, 334–339 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09927-7}