Komputasi Kuantum di Cakrawala:Perspektif Seorang Insinyur
Ed Brown
(Gambar:phonlamaiphoto/Adobe Stock)
Saat kita merayakan tahun 2025, Tahun Internasional Sains dan Teknologi Kuantum, saya mulai memikirkan tentang penerapan praktis mekanika kuantum dalam komputer, sensor, dan kriptografi. Dan menurut saya, memikirkan hal-hal ini dari sudut pandang seorang insinyur cukup menantang.
Jika Richard Feynman, yang memenangkan Hadiah Nobel atas karyanya tentang “elektrodinamika kuantum,” tidak berpikir ada orang yang benar-benar memahami mekanika kuantum, bagaimana bisa begitu banyak orang saat ini berbicara tentang komputer kuantum sebagai hal besar berikutnya? Di sisi lain, Feynman sendiri memaparkan landasan teoritis komputer kuantum pada tahun 1982, ketika ia mengatakan bahwa “untuk memodelkan sistem kuantum secara akurat, para ilmuwan perlu membangun sistem kuantum lain.” Sistem lain itulah yang sekarang kita sebut komputer kuantum.
Misalnya, menurut artikel di Tech Briefs situs web, bidang komputasi kuantum diperkirakan akan mencapai $65 miliar pada tahun 2030. Dalam artikel lainnya, kita membaca, “Komputer kuantum memiliki potensi untuk memecahkan masalah kompleks dalam kesehatan manusia, penemuan obat, dan kecerdasan buatan jutaan kali lebih cepat dibandingkan beberapa superkomputer tercepat di dunia.”
Untuk menambah kebingungan saya, saya mengetahui bahwa "Jawaban dari komputer kuantum diambil dari distribusi probabilitas. Komputer kuantum tidak memberi Anda nilai spesifik untuk sebuah jawaban. Yang mereka lakukan hanyalah memberi tahu Anda seberapa kemungkinan nilai tertentulah yang menjadi solusi yang tepat” — jawaban mereka ‘tidak jelas.’ “Sayangnya, menjalankan algoritma kuantum sekali saja tidaklah cukup. Untuk mendapatkan jawaban yang ‘benar’, ilmuwan komputer menjalankan perhitungan ini beberapa kali. Setiap sampel mengurangi ketidakpastian. Komputer mungkin perlu menjalankan algoritme ribuan kali — atau bahkan lebih — untuk mendapatkan distribusi yang paling akurat.” Namun ada sisi positifnya:“Komputer kuantum menjalankan algoritme ini dengan sangat cepat sehingga masih berpotensi memberikan hasil yang jauh lebih cepat dibandingkan komputer klasik.”
Oke, saya bisa menerima gagasan menggunakan mekanika kuantum tanpa benar-benar memahaminya secara mendalam, tapi saya punya kesulitan nyata dalam menggunakan jawaban dari komputer kuantum yang hanya berupa probabilitas. Sebagai seorang insinyur, saya terbiasa mencari solusi tetap dan bisa diterapkan terhadap permasalahan dunia nyata, bukan jawaban yang mengatakan, misalnya, bahwa ketika saya menekan tombol elevator, elevator mungkin datanglah ke lantaiku.
Setelah puluhan tahun bekerja sebagai EE, Ed Brown dari SAE Media Group memasuki karier keduanya:Editor Teknologi.
“Saya menyadari, mengingat kembali masa-masa saya di bidang teknik dan menonton semua hal terbaru dan terhebat sebagai editor, saya memiliki banyak pemikiran tentang apa yang terjadi sekarang berdasarkan pengalaman teknik saya, dan saya ingin membagikan beberapa di antaranya sekarang.”
Salah satu deskripsi terbaik tentang komputasi kuantum yang saya temukan disampaikan oleh fisikawan Institut Standar dan Teknologi Nasional (NIST), Tara Fortier:“5 Konsep Dapat Membantu Anda Memahami Mekanika dan Teknologi Kuantum — Tanpa Matematika!” Dia menjelaskan bahwa meskipun “ketidakjelasan” adalah fitur penting dari komputasi kuantum, hal itu bukanlah suatu kesalahan. "Fisika klasik mengatur pergerakan benda-benda yang dapat kita lihat, seperti bola basket dan planet. Fisika kuantum adalah dunia yang tidak dapat kita lihat dengan mudah. Jika ada bagian kuantum yang secara substansial berbeda dari fisika klasik, maka fisika pada skala kuantum tidak hanya bersifat granular namun juga fuzzy."
Namun Dr. Fortier menunjukkan bahwa alam itu sendiri tidak jelas. Saat kita memperbesar gambar digital, gambar tersebut terbuat dari piksel-piksel individual, yang tampaknya memiliki batas-batas yang jelas. Namun, "Jika Anda dapat memperbesar atom dan partikel subatom yang membentuk piksel, Anda akan melihat bahwa partikel subatom tidak terdefinisi dengan baik - batas dan perilakunya agak tidak jelas. Hal ini mirip dengan menggambar garis "sempurna" dengan pensil dan penggaris. Jika Anda melihat garis tersebut dengan mikroskop, tepinya akan terlihat lebih bergelombang daripada lurus."
Jadi, menurut saya komputer kuantum dapat melihat dunia dengan cara yang lebih sesuai dengan dunia sebenarnya dibandingkan komputer digital, yang hanya memberi kita contoh dunia.
Tapi tetap saja, seperti kata Einstein, perilaku kuantum itu menakutkan.
Artikel Fortier memang membuat beberapa perilaku kuantum lebih mudah didekati tetapi masih sangat sulit untuk saya cerna. Misalnya, yang saya dengar sejak saya masih kecil:Cahaya adalah gelombang dan partikel. Terkadang ia berperilaku satu arah, seperti saat gelombang cahaya memberi kita pelangi, namun saat cahaya mengenai panel surya, ia bertindak seperti partikel. Sulit bagi saya untuk memahami hal tersebut, namun saya dapat mengesampingkan keraguan saya dan menerima bahwa hal ini dapat berguna dalam kedua hal.
Lalu ada “prinsip ketidakpastian Heisenberg, yang mengatakan bahwa tindakan pengukuran mengganggu keadaan kuantum suatu objek.” Jadi, bagaimana Anda bisa mendasarkan komputer pada keadaan partikel kuantum jika pengukuran Anda mengganggunya?
Namun bagi saya, hal yang paling menakutkan adalah keterjeratan kuantum - keadaan kuantum suatu partikel berkorelasi dengan keadaan partikel lainnya, tidak peduli seberapa jauh jaraknya satu sama lain. Jadi, mengukur satu partikel mempengaruhi keadaan pasangannya. Namun ada kegunaan praktis dari keterikatan — kunci kriptografi yang aman.
Semua ini membuat saya berpikir bahwa dibutuhkan lebih dari sekedar sains untuk mengembangkan komputer kuantum praktis — para insinyur harus menerima pekerjaan dengan teknologi yang tidak terlalu mereka pahami.
