Para peneliti telah mencapai tonggak penting dalam pengembangan komputer kuantum fotonik, dengan mendemonstrasikan metode baru untuk mencegah kesalahan sebelum terjadi. Dengan memanfaatkan teknik yang dikenal sebagai distilasi foton, para ilmuwan telah menunjukkan bahwa ada kemungkinan untuk mengurangi “kebisingan” dalam sistem berbasis cahaya, sehingga menghilangkan rintangan besar dalam membangun komputer kuantum berskala besar yang toleran terhadap kesalahan.
Keunggulan Fotonik dan Kelemahannya
Untuk memahami terobosan ini, pertama-tama kita harus memahami perbedaan mendasar antara dua jenis komputasi kuantum utama:
- Komputer Kuantum Superkonduktor: Komputer ini menggunakan sirkuit elektronik untuk membuat qubit. Meskipun kuat, mereka menghasilkan panas yang signifikan dan memerlukan pendinginan ekstrem hingga mendekati nol mutlak agar dapat berfungsi.
- Komputer Kuantum Fotonik: Komputer ini menggunakan partikel cahaya (foton ) sebagai qubit. Karena foton bergerak secara konstan, foton menghasilkan panas berlebih yang sangat sedikit, sehingga sistem ini berpotensi beroperasi pada suhu kamar.
Namun mobilitas ini bagaikan pedang bermata dua. Karena foton bergerak dengan kecepatan cahaya dan berinteraksi melalui jalur optik yang kompleks (cermin dan pemecah sinar), foton menjadi sangat “rapuh”. Dalam sistem fotonik, kesalahan sering kali berasal dari “foton jahat” —partikel yang gagal berinteraksi dengan benar dengan partikel lain, sehingga secara efektif melayang melalui sistem sebagai kebisingan yang tidak berguna.
Tantangan: Kesalahan Sebelum Perhitungan
Di sebagian besar sistem kuantum, koreksi kesalahan terjadi setelah kesalahan terjadi. Hal ini menjadi masalah bagi sistem berbasis cahaya karena kesalahan sering terjadi bahkan sebelum foton diproses sebagai qubit.
Seperti yang dijelaskan oleh Jelmer Renema, kepala ilmuwan di QuiX Quantum, komputasi fotonik pada dasarnya bersifat probabilistik. Ketika peneliti memanipulasi cahaya, mereka pada dasarnya mengelola probabilitas. Tanpa cara untuk menyaring foton yang “buruk”, kemungkinan komputasi yang berhasil akan menurun setiap kali Anda menambahkan lebih banyak komponen ke sistem. Dalam penskalaan tradisional, menambahkan lebih banyak qubit sering kali menimbulkan lebih banyak kesalahan daripada menyelesaikannya, menciptakan tembok matematika yang mencegah komputer menjadi lebih besar atau lebih berguna.
Solusinya: Distilasi Foton
Terobosan yang dirinci dalam penelitian terbaru melibatkan proses yang disebut distilasi fotonik kuantum. Daripada mencoba memperbaiki perhitungan yang rusak, metode ini bertindak sebagai filter berteknologi tinggi.
Cara kerjanya:
- Interferensi Kuantum: Sistem ini menggunakan sirkuit optik khusus untuk mengeksploitasi “interferensi kuantum”—fenomena yang menggabungkan probabilitas berbagai keadaan kuantum.
- Memfilter Foton “Nakal”: Sirkuit ini dirancang sedemikian rupa sehingga kemungkinan foton “nakal” mencapai keluaran jauh lebih rendah daripada kemungkinan foton “baik” melewatinya.
- Penskalaan Net-Positif: Proses ini menghasilkan foton berkualitas tinggi sebelum digunakan untuk komputasi.
Temuan yang paling signifikan adalah bahwa teknik ini mencapai “mitigasi kesalahan di bawah ambang batas.” Artinya, ketika sistem ditingkatkan dan menjadi lebih kompleks, proses distilasi mengurangi tingkat kesalahan dengan lebih efektif dibandingkan komponen baru yang meningkatkannya.
Mengapa Ini Penting untuk Masa Depan
Meskipun perusahaan seperti Google telah mencapai pencapaian “di bawah ambang batas” serupa dengan prosesor superkonduktor, hal ini menandai pertama kalinya prestasi seperti itu dicapai dalam sistem berbasis ringan.
Implikasinya sangat besar: jika para peneliti dapat mempertahankan qubit berkualitas tinggi tanpa “overhead” yang besar (sejumlah besar perangkat keras tambahan yang biasanya diperlukan untuk memperbaiki kesalahan), biaya dan kompleksitas pembuatan komputer kuantum universal akan turun secara signifikan. Hal ini mengubah komputasi fotonik dari kemungkinan teoritis menuju teknologi yang layak dan terukur yang mampu mengungguli superkomputer paling kuat saat ini.
Terobosan ini menunjukkan bahwa kita dapat melampaui sifat “probabilistik” cahaya untuk menciptakan arsitektur yang dapat diprediksi dan terukur untuk komputasi generasi berikutnya.
Kesimpulan
Dengan menyaring kesalahan pada sumbernya melalui distilasi foton, para ilmuwan telah menyediakan peta jalan untuk menskalakan komputer kuantum berbasis cahaya. Perkembangan ini menunjukkan bahwa komputasi kuantum berkinerja tinggi pada suhu ruangan mungkin lebih mendekati kenyataan daripada yang diperkirakan sebelumnya.
