Ilmuwan Oxford Memotong Kesalahan Kuantum ke Tingkat Rekor

Minat yang terus berkembang pada teknologi kuantum telah membuat ukuran pasar melampaui $1 miliar dan diproyeksikan bernilai lebih dari $170 miliar pada tahun 2040. Menurut McKinsey, teknologi kuantum dapat menciptakan nilai senilai triliunan dolar dalam dekade berikutnya. 

Dalam ekosistem teknologi kuantum, komputasi kuantum khususnya memiliki potensi yang sangat besar. Ini melibatkan penggunaan mekanika kuantum, yang secara sederhana menangani perilaku materi dan energi pada tingkat atomik dan subatomik, untuk memecahkan masalah kompleks. 

Komputasi kuantum diperkirakan akan memberikan dampak mendalam di berbagai bidang, termasuk teknologi, penelitian, ilmu pengetahuan, keuangan, dan ekonomi.

Berbeda dengan komputer klasik, seperti laptop kita, yang menyimpan dan memproses informasi dalam bit dengan masing-masing bernilai nol atau satu, unit dasar dalam komputasi kuantum adalah qubit. Sebuah chip kuantum terdiri dari banyak bit kuantum, atau qubit, yang biasanya merupakan partikel subatomik seperti elektron atau foton, yang dimanipulasi dan dikendalikan oleh medan listrik dan magnet khusus.

Qubit dapat berada dalam keadaan nol, satu, atau kombinasi keduanya. Kombinasi ini, yang disebut “keadaan superposisi,” adalah sifat khusus yang memungkinkan komputer kuantum menyimpan dan memproses kumpulan data yang sangat besar jauh lebih cepat daripada bahkan komputer klasik paling kuat.

Sekarang, ada banyak cara berbeda untuk membuat qubit ini, seperti menggunakan semikonduktor, fotonik, perangkat superkonduktor, dan pendekatan lainnya.

Kualitas qubit sangat penting di sini. Namun, mereka sensitif terhadap kesalahan atau noise, yang merupakan gangguan tidak diinginkan yang dapat berasal dari banyak sumber. Sumber-sumber ini dapat meliputi perubahan suhu, ketidaksempurnaan dalam proses manufaktur, dan interaksi dengan lingkungan qubit, di antara lainnya.

Kesalahan ini mengurangi keandalan qubit, yang dikenal sebagai fidelitas. Qubit dengan fidelitas tinggi sangat penting untuk sebuah chip kuantum untuk melakukan tugas kompleks.

Mewujudkan Keandalan Kuantum menjadi Kenyataan

Selama beberapa dekade terakhir, para ilmuwan telah bekerja pada qubit logis, yang mengacu pada qubit yang dikodekan menggunakan kumpulan qubit fisik untuk melindungi dari kesalahan. Sementara qubit fisik mewakili perangkat keras kuantum yang sebenarnya, qubit logis adalah abstraksi yang meniru qubit toleran terhadap kesalahan.

Pengembang chip kuantum utama telah mengalihkan fokus mereka ke qubit logis dan membuat kemajuan signifikan dalam koreksi kesalahan kuantum.

Sebagai contoh, pada Des. 2024, Google (GOOG )  meluncurkan chip kuantumnya yang disebut Willow. Chip baru ini, berbasis qubit superkonduktor, telah dipuji sebagai terobosan besar dalam bidang komputasi kuantum, meskipun saat ini belum memiliki aplikasi dunia nyata.

Biasanya, semakin banyak qubit yang digunakan, semakin banyak kesalahan yang terjadi, dan sistem menjadi klasik. Namun, Google menunjukkan¹ bahwa semakin banyak qubit yang mereka gunakan di Willow, semakin sedikit kesalahan yang mereka kurangi, dan semakin kuantum sistem tersebut menjadi. 

Raksasa teknologi tersebut berhasil mengurangi kesalahan secara “eksponensial” dengan meningkatkan jumlah qubit, kata Hartmut Neven, pendiri Google Quantum AI. Ini “memecahkan tantangan utama dalam koreksi kesalahan kuantum yang telah dikejar bidang ini selama hampir 30 tahun,” tambahnya.

Untuk mengukur kinerja Willow, Google menggunakan standar random circuit sampling (RCS). Chip kuantumnya melakukan perhitungan dalam waktu kurang dari lima menit yang akan memakan waktu superkomputer 10 septiliun tahun.

Pada Feb. tahun ini, Microsoft (MSFT ) juga meluncurkan prosesor kuantum pertama di dunia yang didukung oleh qubit topologis. Majorana 1 dirancang untuk skala hingga satu juta qubit pada satu chip. Dengan pencapaian ini, raksasa teknologi tersebut mengatakan bahwa mereka berada di jalur yang tepat untuk membangun prototipe komputer kuantum skalabel dan toleran terhadap kesalahan dalam beberapa tahun saja.

Dasar Majorana 1 adalah terobosan yang dibuat tim, khususnya topokonduktor, kelas material yang memungkinkan penciptaan superkonduktivitas topologis. Ini merupakan hasil pembuatan perangkat yang menggabungkan aluminium (sebuah superkonduktor) dan indium arsenida (sebuah semikonduktor).

Ketika perangkat ini didinginkan hingga hampir nol dan kemudian disetel dengan medan magnet, ia membentuk nanowire superkonduktor topologis, dengan ujung-ujung nanowire mengandung Majorana Zero Modes (MZMs) yang berfungsi sebagai blok bangunan qubit mereka.

Untuk mewujudkan janji kuantum, tim telah menempatkan delapan qubit topologis pada sebuah chip yang dirancang untuk menampung satu juta.

Bahkan Amazon (AMZN ) telah mengumumkan chip kuantumnya yang disebut ‘Ocelot’ yang menggunakan arsitektur skalabel untuk mengurangi koreksi kesalahan hingga 90%. 

Chip ini terdiri dari dua mikrochip silikon terintegrasi, masing-masing dengan area kira-kira satu sentimeter persegi, yang terikat satu di atas yang lain dalam tumpukan chip yang terhubung secara listrik. Permukaan setiap mikrochip memiliki lapisan tipis material superkonduktor, membentuk elemen sirkuit kuantum.

Ada total 14 elemen utama yang membentuk chip Ocelot, termasuk lima qubit data (cat qubits), lima lagi untuk menstabilkan qubit data, dan empat qubit tambahan untuk mendeteksi kesalahan pada qubit data.

Cat qubit menyimpan keadaan kuantum, yang mengandalkan osilator, yang terbuat dari lapisan tipis Tantalum dan secara terus-menerus menghasilkan sinyal listrik berulang. 

“Dengan kemajuan terbaru dalam penelitian kuantum, bukan lagi soal apakah, melainkan kapan komputer kuantum praktis yang toleran terhadap kesalahan akan tersedia untuk aplikasi dunia nyata. Ocelot adalah langkah penting dalam perjalanan itu.”

– Oskar Painter, direktur Quantum Hardware AWS.

Arsitektur Ocelot diyakini dapat mempercepat “garis waktu menuju komputer kuantum praktis hingga lima tahun.”

Perlombaan Menuju Sistem Kuantum Toleran Kesalahan

Meningkatkan akurasi komputasi kuantum menjadi fokus perusahaan dan peneliti di seluruh dunia, dan kemajuan signifikan telah dicapai di bidang ini.

Beberapa tahun yang lalu, peneliti MIT menampilkan kerangka kerja qubit superkonduktor baru yang mampu melakukan operasi antar qubit dengan akurasi tinggi. Jenis baru qubit superkonduktor ini adalah fluxonium, yang dapat memiliki masa hidup, atau waktu koherensi, jauh lebih lama daripada yang umum digunakan. 

Waktu koherensi adalah ukuran seberapa lama sebuah qubit dapat melakukan operasi sebelum semua informasi dalam qubit hilang.

“Semakin lama sebuah qubit hidup, semakin tinggi fidelitas operasi yang dapat dihasilkannya.”

– Penulis utama, Leon Ding

Arsitektur tersebut, di sisi lain, melibatkan elemen penghubung khusus antara dua qubit fluxonium, memungkinkan mereka melakukan operasi logika, yang dikenal sebagai gerbang, dengan akurasi tinggi. Ini menekan noise latar belakang yang dapat menyebabkan kesalahan dalam operasi kuantum.

Akurasi gerbang dua-qubit melampaui 99,9% sementara gerbang satu-qubit mencapai 99,99%. Arsitektur tersebut, di sisi lain, diimplementasikan pada sebuah chip menggunakan proses fabrikasi yang dapat diperluas.

“Membangun komputer kuantum skala besar dimulai dengan qubit dan gerbang yang kuat,” dan studi tersebut menunjukkan sistem dua-qubit yang sangat menjanjikan, kata Ding. Qubit fluxonium mencapai waktu koherensi lebih dari satu milidetik. Langkah selanjutnya mereka adalah meningkatkan jumlah qubit.

Beberapa bulan lalu, peneliti MIT juga mengungkapkan sirkuit kuantum superkonduktor yang mencapai kopling nonlinier kuat antara foton (cahaya gelombang mikro) dan atom buatan (qubit). Ini dapat memungkinkan pembacaan dan pemrosesan informasi kuantum dalam beberapa nanodetik.

Untuk ini, peneliti menggunakan kerangka sirkuit superkonduktor unik untuk menunjukkan kopling cahaya-materi nonlinier, yang secara signifikan lebih kuat daripada yang sebelumnya diamati dan dapat memungkinkan prosesor kuantum beroperasi hingga 10 kali lebih cepat.

According to lead author Yufeng “Bright” Ye:

“Ini benar-benar akan menghilangkan salah satu bottleneck dalam komputasi kuantum. Biasanya, Anda harus mengukur hasil perhitungan Anda di antara putaran koreksi kesalahan. Ini dapat mempercepat seberapa cepat kita dapat mencapai tahap komputasi kuantum toleran kesalahan dan dapat memperoleh aplikasi serta nilai dunia nyata dari komputer kuantum kita.”

Secara khusus, Ye menemukan jenis penghubung kuantum baru untuk memfasilitasi interaksi antar qubit. Penghubung quarton adalah jenis sirkuit superkonduktor khusus yang dapat menghasilkan kopling nonlinier yang sangat kuat, dan dengan menyalurkan lebih banyak arus ke dalamnya, penghubung menciptakan interaksi nonlinier yang lebih kuat lagi. Ye menjelaskan:

“Sebagian besar interaksi berguna dalam komputasi kuantum berasal dari kopling nonlinier antara cahaya dan materi. Jika Anda dapat memperoleh rentang yang lebih beragam dari berbagai jenis kopling, dan meningkatkan kekuatan kopling, maka Anda pada dasarnya dapat meningkatkan kecepatan pemrosesan komputer kuantum.” 

Dengan pekerjaan ini, para peneliti berharap orang lain dapat membangun komputer kuantum toleran kesalahan untuk komputasi kuantum praktis berskala besar.

Inovasi oleh SQMS Nanofabrication Taskforce, di sisi lain, telah mencapai² waktu koherensi hingga 0,6 milidetik, yang merupakan hasil dari desain qubit yang dioptimalkan dan resonator pembacaan yang ditingkatkan, keduanya meningkatkan stabilitas dan koherensi. 

Kolaborasi antara National Institute of Standards and Technology (NIST), Center Superconducting Quantum Materials and Systems (SQMS) milik Fermilab, dan beberapa mitra pemerintah, universitas, serta industri lainnya bertujuan membawa penelitian kuantum lebih dekat ke realitas. 

Di tengah semua inisiatif ini untuk membangun komputer kuantum skalabel dan toleran kesalahan, fisikawan di University of Oxford telah menetapkan rekor dunia baru untuk akurasi operasi qubit.

Menetapkan Tolok Ukur Global Baru dalam Akurasi Kuantum

Studi baru, dipublikasikan dalam Physical Review Letters³, menunjukkan bahwa fisikawan Oxford telah mencapai tingkat kesalahan hanya 0,000015% untuk satu operasi logika kuantum. 

Ini berarti satu kesalahan dalam 6,7 juta operasi, yang merupakan rekor baru untuk akurasi operasi qubit dan lompatan besar menuju komputer kuantum yang lebih kuat dan berguna untuk menangani masalah yang sangat kompleks dengan lebih sedikit qubit fisik dan kebutuhan infrastruktur yang berkurang.

“Sejauh yang kami ketahui, ini adalah operasi qubit paling akurat yang pernah tercatat di seluruh dunia. Ini merupakan langkah penting menuju pembangunan komputer kuantum praktis yang dapat mengatasi masalah dunia nyata.” 

– Co-author studi, Profesor David Lucas, Departemen Fisika, University of Oxford

Yang menarik, terobosan ini memecahkan rekor sebelumnya yang ditetapkan oleh tim yang sama. Rekor baru ini sekitar tujuh kali lebih akurat daripada yang sebelumnya.

Sedikit lebih dari satu dekade yang lalu, tim mengimplementasikan⁴ semua operasi satu-qubit dengan fidelitas jauh di atas ambang minimum yang diperlukan untuk komputasi kuantum toleran kesalahan, menggunakan qubit ion terperangkap yang disimpan dalam keadaan “jam atom” hiperfrek. Pada saat itu, tingkat kesalahan satu-qubit mereka adalah 1 dalam 1 juta. 

Keberhasilan ini memicu peluncuran perusahaan spinout bernama Oxford Ionics pada tahun 2019, yang telah menjadi pemimpin dalam platform qubit ion terperangkap berperforma tinggi. Pada Mei 2025, perusahaan ini menguraikan tiga fase pengembangan jangka pendek: ‘Foundation’, ‘Enterprise-grade’, dan ‘Value at scale’, untuk mencapai nilai komersial luas dalam tiga tahun ke depan dan menghasilkan perangkat satu juta qubit. Minggu lalu, Oxford Ionics menandatangani perjanjian dengan IonQ (IONQ ) untuk mengakuisisinya sebesar $1,075 miliar.

Sekarang, tim yang sama telah mencapai tonggak baru dalam mengurangi kemungkinan gerbang logika kuantum membuat kesalahan.

Melakukan perhitungan berguna pada komputer kuantum memerlukan jutaan operasi yang dijalankan pada banyak qubit. Namun, skala ini berarti tingkat kesalahan yang tinggi dapat membuat hasil akhir menjadi tidak berarti dan tidak berguna.

Mengoreksi kesalahan dapat memperbaiki kesalahan, tetapi itu memerlukan lebih banyak qubit. Jadi, dengan mengurangi kesalahan, studi baru ini mengurangi jumlah qubit yang dibutuhkan, yang kemudian menurunkan ukuran dan biaya komputer kuantum.

“Dengan secara drastis mengurangi peluang kesalahan, pekerjaan ini secara signifikan mengurangi infrastruktur yang diperlukan untuk koreksi kesalahan, membuka jalan bagi komputer kuantum masa depan menjadi lebih kecil, lebih cepat, dan lebih efisien. Kontrol presisi qubit juga akan berguna untuk teknologi kuantum lain seperti jam dan sensor kuantum,” kata co-lead author studi ini, Molly Smith, yang merupakan mahasiswa pascasarjana di Oxford.

Untuk mencapai tingkat akurasi yang belum pernah terjadi sebelumnya, para fisikawan menggunakan ion kalsium terperangkap sebagai bit kuantum atau qubit.

Ion kalsium biasanya digunakan untuk menyimpan informasi kuantum karena waktu koherensinya yang panjang dan fidelitas tinggi dalam operasi kuantum. Mereka juga sangat kuat dan mudah dimanipulasi dengan laser.

Namun, tim Oxford tidak menggunakan pendekatan laser konvensional; melainkan, mereka menggunakan sinyal elektronik (gelombang mikro) untuk mengontrol keadaan kuantum ion kalsium.

Dengan teknik ini, mereka dapat memperoleh stabilitas yang lebih tinggi dibandingkan kontrol laser. Namun tidak hanya itu. Dibandingkan laser, kontrol elektronik juga lebih murah dan lebih kuat. Selain itu, lebih mudah diintegrasikan ke dalam chip penangkap ion. 

Selain itu, percobaan dilakukan tanpa pelindung magnetik dan pada suhu ruangan, yang menyederhanakan persyaratan teknis untuk komputer kuantum yang berfungsi.

Jadi, tim berhasil mengurangi kesalahan hampir satu urutan besarnya kali ini melalui kontrol yang lebih baik atas amplitudo gelombang mikro dan detuning dengan prosedur kalibrasi otomatis. Selain itu, pengurangan eksitasi transisi spektator melalui pemisahan Zeeman yang lebih besar, serta penggunaan pembentukan pulsa, berkontribusi pada hal ini. 

Presisi yang memecahkan rekor merupakan pencapaian besar; namun, ini hanya bagian dari tantangan yang lebih besar. Seperti yang dicatat tim, komputasi kuantum memerlukan gerbang satu- dan dua-qubit bekerja bersama, dan gerbang dua-qubit masih mengalami tingkat kesalahan tinggi.

Saat ini, tingkat kesalahan terbaik sekitar 1 dalam 2000, jadi untuk membangun mesin kuantum yang sepenuhnya toleran kesalahan, tim harus menurunkan angka ini.

Operasi satu-qubit dengan fidelitas tinggi masih memiliki banyak kegunaan baik dalam informasi kuantum maupun di luar itu, termasuk melindungi qubit ‘idle’ melalui decoupling dinamis, dalam aplikasi sensor kuantum, dan urutan pulsa komposit untuk menangani qubit individu serta mengkompensasi kesalahan.

Berinvestasi dalam Komputasi Kuantum

International Business Machines Corporation (IBM ), yang dikenal dengan platform hybrid cloud dan AI serta layanan konsultasi dan infrastruktur, telah mengeksplorasi teknologi kuantum sejak tahun 1970-an. Pada 2016, mereka meluncurkan IBM Quantum Experience, yang menempatkan prosesor kuantum pertama di cloud, sehingga dapat diakses oleh semua orang.

IBM (IBM ) 

Selama bertahun-tahun, IBM melanjutkan penelitiannya di bidang ini, dan minggu lalu, mereka mengumumkan rencana untuk memiliki komputer kuantum praktis siap pada tahun 2029.

Diberi nama “Starling,” komputer kuantum toleran kesalahan dengan 200 qubit logis akan dibangun di pusat data yang sedang dibangun di Poughkeepsie, New York.

Menurut laporan, tim telah mengembangkan algoritma baru yang secara signifikan mengurangi jumlah qubit yang diperlukan untuk koreksi kesalahan. Jay Gambetta, yang memimpin inisiatif kuantum IBM, mengatakan hal berikut dalam sebuah wawancara:

“Kami telah menjawab pertanyaan-pertanyaan ilmiah tersebut. Anda tidak membutuhkan keajaiban sekarang. Sekarang Anda membutuhkan tantangan besar dalam rekayasa. Tidak ada reinventasi alat atau hal semacam itu.”

Sekarang, jika kita melihat kapitalisasi pasar $257,64 miliar, kinerja pasar IBM, sahamnya saat ini diperdagangkan pada $278, naik 26,11% YTD. Saham IBM sebenarnya mencapai harga tertinggi sepanjang masa (ATH) $281,75 minggu lalu.

Dengan itu, EPS (TTM) nya adalah 5,85 dan P/E (TTM) adalah 47,42, sementara dividen yang ditawarkan adalah 2,42%.

Mengenai keuangan IBM, perusahaan melaporkan pendapatan $14,5 miliar untuk kuartal pertama 2025. Margin laba kotor GAAP selama periode ini adalah 55,2% sementara margin laba operasi non-GAAP adalah 56,6%. Margin pendapatan sebelum pajak GAAP, di sisi lain, adalah 8%, dan margin operasi Non-GAAP adalah 12%.

“Kami melampaui harapan untuk pendapatan, profitabilitas, dan arus kas bebas pada kuartal ini, dipimpin oleh kekuatan di seluruh portofolio Software kami. Permintaan untuk AI generatif terus kuat dan portofolio bisnis kami mencapai lebih dari $6 miliar sejak awal, naik lebih dari $1 miliar pada kuartal ini.” 

– CEO Arvind Krishna

Pada kuartal pertama tahun ini, kas bersih yang dihasilkan dari aktivitas operasional sebesar $4,4 miliar sementara arus kas bebas sebesar $2 miliar. IBM mengakhiri kuartal dengan $17,6 miliar kas, kas terbatas, dan sekuritas yang dapat diperdagangkan.
Posisi likuiditas yang kuat dan arus kas bebas yang solid memungkinkan perusahaan mengembalikan $1,5 miliar kepada pemegang saham dalam bentuk dividen. Perusahaan juga menginvestasikan $7,1 miliar dalam akuisisi, termasuk pembelian HashiCorp. Menurut Krishna:

“Kami tetap optimis terhadap peluang pertumbuhan jangka panjang untuk teknologi dan ekonomi global.” 

Berita dan Perkembangan Saham International Business Machines Corporation (IBM) Terbaru

Kesimpulan: Langkah Selanjutnya Menuju Realitas Kuantum

Dari ilmuwan hingga perusahaan dan pemerintah, semua pihak secara aktif dan mendalam terlibat dalam mewujudkan komputer kuantum menjadi kenyataan. Terobosan terbaru oleh tim Oxford dan raksasa teknologi secara drastis meningkatkan fidelitas qubit dan membuat koreksi kesalahan lebih efisien, yang berarti lompatan kuantum berikutnya mungkin tidak lagi berjarak dekade, menjadikan mesin kuantum praktis tak terelakkan!

Klik di sini untuk daftar perusahaan komputasi kuantum teratas.

Studi yang Dirujuk:

^{1. Google Quantum AI and Collaborators. Quantum Error Correction Below the Surface Code Threshold. Nature 2025, 638 (8016), 920–926. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08449-y
2. Bal, M.; Crisa, F.; Murthy, A. A.; et al. SQMS Nanofabrication Taskforce: Towards Fabrication of High Coherence Superconducting Qubits. Conference, 20 September 2024. https://doi.org/10.2172/2462792
3. Smith, M. C.; Leu, A. D.; Miyanishi, K.; et al. Single-Qubit Gates with Errors at the 10⁻⁷ Level. Phys. Rev. Lett. 2025, 134, 230601. https://doi.org/10.1103/42w2-6ccy
4. Harty, T. P.; Allcock, D. T. C.; Ballance, C. J.; et al. High-Fidelity Preparation, Gates, Memory, and Readout of a Trapped-Ion Quantum Bit. Phys. Rev. Lett. 2014, 113, 220501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.220501}