IBM Heron dan Condor: Perkembangan Komputasi Kuantum pada 2023

IBM mengumumkan pada Desember 2023 dua langkah menuju komputasi kuantum praktis: Condor dengan lebih dari 1.000 qubit fisik dan Heron yang berfokus pada pengurangan kesalahan. Artikel ini membahas pengumuman serta harapan pada saat itu.

Komputer kuantum menggunakan qubit yang dapat berada dalam superposisi dan mengalami keterikatan kuantum. Superposisi keadaan 0 dan 1 tidak berarti bahwa pengukuran memberikan semua jawaban sekaligus. Algoritma kuantum yang sesuai dapat memberi keunggulan untuk tugas tertentu. Karena itu, komputasi kuantum melengkapi komputer klasik, bukan mempercepat semua perhitungan atau menggantikannya secara umum. Simulasi molekul dan beberapa masalah optimasi merupakan bidang penelitian penting.

Minat terhadap teknologi ini didorong kemungkinan melakukan perhitungan tertentu jauh lebih efisien. Manfaat praktis bergantung pada masalah, algoritma, dan perangkat keras, tetapi keberhasilannya dapat berdampak besar pada ilmu pengetahuan dan industri.

Heron dan Condor IBM

IBM memperkenalkan Heron dan Condor pada Quantum Summit pada Desember 2023.

Heron digunakan dalam sistem ibm_torino dan memiliki 133 qubit berfrekuensi tetap serta penggandeng yang dapat disetel. IBM melaporkan peningkatan kinerja perangkat sebesar 3–5 kali dibandingkan Eagle 127-qubit; angka ini bukan percepatan umum untuk semua program. Rancangannya hampir sepenuhnya menekan crosstalk, yaitu interaksi tak diinginkan antarqubit. IBM juga mengoperasikan Quantum System Two dengan tiga prosesor Heron. Arsitektur modular yang menggabungkan prosesor kuantum dan kendali klasik itu tidak otomatis menjadikannya satu komputer kuantum toleran kesalahan.

Condor memiliki 1.121 qubit fisik superkonduktor. IBM melaporkan peningkatan kepadatan qubit sebesar 50%, perbaikan fabrikasi, dan lebih dari satu mil atau sekitar 1,6 kilometer pengkabelan kriogenik berkerapatan tinggi dalam satu lemari pendingin dilusi. Perangkat pendingin ini menghasilkan suhu sangat dekat dengan nol mutlak. Kinerja Condor sebanding dengan Osprey 433-qubit sebelumnya. Artinya, jumlah qubit yang lebih banyak tidak selalu menghasilkan kemampuan komputasi lebih baik, tetapi pengembangan ini memberi pengalaman penting untuk penskalaan dan rancangan perangkat keras berikutnya.

Pengembangan ini oleh IBM sangat penting dalam mendorong batas kegunaan kuantum dan maju menuju superkomputasi berfokus kuantum.

Aplikasi dan Keterbatasan

Komputasi kuantum dapat membuka peluang penelitian baru. Contoh berikut merupakan arah penelitian dan harapan pada 2023; manfaat praktis harus dibuktikan untuk masing-masing aplikasi.

Medis: Simulasi kuantum terhadap molekul dapat membantu penelitian kandidat obat. Namun, simulasi itu sendiri tidak membuktikan efek obat pada manusia atau menjamin pengembangan yang lebih cepat dan murah.

Meteorologi: Peneliti menyelidiki apakah algoritma kuantum dapat meningkatkan sebagian proses pengolahan data cuaca dan iklim. Bidang yang mungkin terbantu meliputi prakiraan cuaca dan penelitian perubahan iklim. Hal ini belum membuktikan keunggulan praktis umum dalam prakiraan cuaca operasional.

Pemecahan Masalah Kompleks: Algoritma kuantum diteliti untuk beberapa tugas perhitungan dan optimasi yang sulit, antara lain dalam logistik dan rantai pasokan. Keunggulannya bergantung pada masalah, algoritma, dan perangkat keras; tidak semua masalah yang sulit secara klasik menjadi dapat dipecahkan. Transportasi, energi, dan keuangan termasuk bidang aplikasi potensial.

Penting juga untuk diakui bahwa kita tidak dapat mengetahui apa yang tidak dapat kita bayangkan. Artinya, akan ada banyak kemajuan tak terduga yang menjadi mungkin berkat kemampuan yang suatu hari akan diberikan oleh teknologi ini.

Komputasi kuantum dapat membuka kemungkinan baru bagi penemuan ilmiah dan pengembangan teknologi. Pernyataan ini merangkum harapan masa depan di sektor tersebut, bukan kutipan langsung terverifikasi dari CEO IBM Arvind Krishna.

Dengan komputer kuantum yang mewakili pencapaian teknologi monumental, tidak mengherankan bahwa terdapat, dan tetap, tantangan signifikan serta keterbatasan yang harus diatasi seiring waktu. Misalnya, komputasi kuantum saat ini menghadapi tantangan dalam koreksi kesalahan, skalabilitas, dan pengembangan algoritma praktis.

Hambatan baru dapat muncul seiring berkembangnya pengetahuan dan perangkat keras. Kompleksitas mekanika kuantum memerlukan penjelasan yang cermat serta pengujian melalui eksperimen.

Mekanika kuantum sulit dipahami dengan intuisi sehari-hari, sehingga kesimpulan perlu didasarkan pada perhitungan dan eksperimen. Ini merupakan penjelasan; tidak ditemukan sumber primer terverifikasi untuk kutipan langsung yang sebelumnya diatribusikan kepada Richard Feynman.

Pada 2023, koreksi kesalahan, skalabilitas, dan algoritma yang berguna masih membatasi penggunaan praktis secara luas. Perkiraan optimistis menyebut sekitar satu dekade lagi, tetapi itu merupakan proyeksi, bukan jadwal pasti.

Pendidikan Tenaga Kerja Komputasi Kuantum Masa Depan

Di dekade-dekade sebelumnya, komputasi kuantum tampak berada di masa depan yang sangat jauh sehingga kursus yang mengajarkannya sangat sedikit. Sekarang, ketika masa depan di mana teknologi ini benar‑benar digunakan mulai terlihat, kebutuhan untuk melatih generasi ilmuwan dan insinyur berikutnya yang akan melanjutkan kemajuan ini semakin meningkat. Akibatnya, banyak universitas kini menawarkan kursus dan program khusus dalam komputasi kuantum untuk menyiapkan tenaga kerja terampil bagi bidang yang sedang berkembang ini.

• Institute for Quantum Computing di University of Waterloo menggabungkan riset akademik dan pengembangan aplikasi. Institut ini didirikan pada 2002 dengan dukungan antara lain Mike dan Ophelia Lazaridis, pemerintah, dan universitas. Angka sekitar 296 peneliti dan lebih dari 1.500 publikasi dalam artikel asli adalah angka historis, bukan jumlah staf atau publikasi terkini.
• University of Oxford berkontribusi sejak awal melalui demonstrasi algoritma kuantum dengan resonansi magnetik nuklir atau NMR. Eksperimen tersebut menggunakan antara lain keadaan pseudomurni, bukan komputer kuantum universal yang dapat diskalakan dalam keadaan murni.
• Harvard Quantum Initiative di Harvard University berfokus pada kemajuan ilmu dan teknik komputer kuantum serta aplikasinya, mempersiapkan apa yang mereka sebut “revolusi kuantum kedua”.
• Center for Theoretical Physics di MIT menyelami informasi kuantum dan komputasi kuantum, mengeksplorasi algoritma kuantum, teori informasi kuantum, dan realisasi eksperimental komputer kuantum.
• Centre for Quantum Technologies yang pada 2023 berbasis di National University of Singapore, serta Center for Quantum Information and Computation di University of California Berkeley juga menjadi pelopor dalam pendidikan komputasi kuantum, berfokus pada riset dan pengembangan perangkat kuantum.
• Joint Quantum Institute merupakan kerja sama University of Maryland, NIST, dan LPS yang meneliti pengendalian serta pemanfaatan sistem kuantum.

Perusahaan yang Mengembangkan Komputasi Kuantum

Berikut perusahaan yang berperan dalam pengembangan bidang ini pada 2023. Angka saham statis dalam tabel adalah gambaran historis dari artikel asli, dengan nilai uang dalam dolar AS bila relevan. Modul harga interaktif dapat menampilkan data lebih baru.

1. International Business Machines Corporation

IBM Grafik Harga

IBM telah lama menjadi pemimpin dalam pengembangan komputer kuantum. Perusahaan ini berupaya mendemokratisasikan pengembangan komputasi kuantum melalui inisiatif seperti Qiskit Patterns. IBM juga telah memperluas peta jalan mereka untuk mencapai komputasi kuantum berskala besar dan praktis, dengan fokus pada arsitektur modular baru dan jaringan yang dapat memungkinkan sistem kuantum dengan ratusan ribu qubit, esensial untuk aplikasi kuantum praktis.

2.  Microsoft Corporation

MSFT Grafik Harga

Upaya Microsoft (MSFT ) pada 2023 berfokus pada integrasi layanan awan dan kolaborasi. Microsoft menyebut IonQ, Pasqal, Quantinuum, Quantum Circuits Inc. (QCI), dan Rigetti sebagai mitra serta menggunakan perbandingan volume kuantum versinya sendiri. Ini bukan perbandingan kinerja universal untuk semua jenis komputer kuantum. Azure Quantum mendukung eksperimen dan pengembangan sistem berskala lebih besar. Microsoft juga menekankan ekosistem global dan merencanakan komputer kuantumnya sendiri sebagai layanan awan melalui Azure pada masa mendatang.

3.  Alphabet Inc.

GOOGL Grafik Harga

Alphabet (GOOG ) membuat kemajuan melalui Google Quantum AI. Penelitian dalam Nature pada 2023 menunjukkan penurunan kecil dalam probabilitas kesalahan logis ketika eksperimen kode permukaan diperbesar: sekitar 2,914% per siklus koreksi untuk jarak kode 5 dibandingkan 3,028% untuk jarak kode 3. Hasil ini bukan komputer yang sepenuhnya bebas kesalahan. Pada 2019, Google melaporkan Sycamore menyelesaikan tugas khusus pengambilan sampel rangkaian kuantum acak dalam sekitar 200 detik. Google memperkirakan superkomputer klasik memerlukan 10.000 tahun; IBM membantah perkiraan itu dan mengusulkan metode klasik sekitar 2,5 hari. Perbandingan tersebut menyangkut tolok ukur khusus itu, bukan semua perhitungan kompleks.

Kesimpulan

Komputasi kuantum merupakan lompatan revolusioner dalam dunia komputasi, menawarkan potensi untuk merevolusi banyak bidang. Sementara kemajuan terbaru IBM dengan prosesor kuantum Heron dan Condor menandakan kemajuan signifikan menuju komputasi kuantum praktis, teknologi ini terus menghadapi tantangan besar dalam koreksi kesalahan, skalabilitas, dan pengembangan algoritma – menyoroti kebutuhan akan riset dan inovasi yang berkelanjutan.

Walaupun tantangan ini masih ada, komputasi kuantum menjanjikan pembukaan kemungkinan yang belum dapat kita bayangkan hari ini, membuka era baru penemuan ilmiah dan kemajuan teknologi. Potensi penuhnya masih berkembang, dan dampaknya pada berbagai industri serta masyarakat menjanjikan perubahan yang mendalam.