Komputer Kuantum, dari Fiksi Ilmiah Menjelma ke Dunia Nyata

Khayalan kalangan ilmuwan akan kehadiran sebuah komputer berkekuatan super yang menggunakan prinsip-prinsip fisika kuantum sebetulnya sudah berlangsung cukup lama.

Kalau ditengok ke belakang, sejumlah karya ilmiah yang mengusulkan bahwa prinsip mekanika kuantum berpotensi untuk digunakan dalam sebuah komputer, sudah muncul sejak paruh akhir tahun 1960-an.

Namun baru di tahun 1981, Richard Feynmann, fisikawan legendaris yang juga pemenang hadiah nobel, yang secara eksplisit menyebut istilah 'Quantum Computer' dalam salah satu jurnal ilmiah yang dipresentasikan dalam 'First Conference on the Physics of Computation' yang diselenggarakan oleh MIT.

Istilah Komputer Kuantum sendiri mulai dikenal di khalayak banyak di dekade 90-an, dan kemudian mulai banyak dijadikan bahan untuk kisah-kisah fiksi ilmiah baik dalam bentuk buku maupun film.

Salah satu khayalan 'paling maju' soal Komputer Kuantum ini bisa dilihat dalam film 'Transendence' yang dibintangi oleh Johny Depp di tahun 2014 lalu.

Mekanisme Kerja

Komputer yang kita gunakan sekarang bekerja dengan menggunakan sistem biner (0 dan 1) yang direpresentasikan oleh transistor-transistor dan dipaket dalam satu chip.

Jadi setiap instruksi yang kita berikan untuk dikerjakan oleh komputer akan diterjemahkan melalui layer-layer bahasa pemrograman hingga di tingkat bahasa mesin menjadi deretan angka 0 dan 1 yang paling bisa dipahami oleh transistor-transistor itu.

Kecepatan pelaksanaan perintah akan sangat tergantung pada jumlah transistor yang bisa dijejalkan dalam sebuah chip. Saat ini para ilmuwan sudah bisa menciptakan transistor yang dibentuk dari beberapa atom saja, sehingga jumlah yang bisa dipaket dalam satu chip bisa mencapai milyaran.

Tapi disitulah batasan dari komputer tradisional saat ini, karena gate transistor tidak mungkin lagi dibuat lebih kecil dari 'beberapa atom' dengan prinsip fisika tradisional yang digunakan.

Prinsip-prinsip mekanika kuantum, dengan segala keajaibannya, dimanfaatkan untuk menembus batas 'beberapa atom' tadi. Dalam sistem mekanika kuantum, sebuah atom dikenal memiliki sejumlah 'state' yang itu bisa digunakan untuk menggantikan sistem biner.

Kalau dalam model transistor yang berbasis biner, hanya bisa mendapatkan dua state: 0 dan 1, yang itu pun hanya bisa dicapai menggunakan sejumlah atom, maka dengan memanfaatkan 'quantum state' seperti superposisi, maka dengan menggunakan satu atom saja bisa dicapai sejumlah state.

Sederhananya begini, dengan menggunakan properti yang dinamakan 'superposisi' sebuah atom bisa memiliki status +1, 0 atau -1 .

Perbedaan status dari satu atom inilah yang bisa dieksploitasi lebih lanjut menjadi 'bahasa mesin' untuk menjalankan instruksi yang kita berikan. Inilah yang disebut dengan 'Quantum bits' atau 'Qubit'.

Sejumlah pengembang komputer kuantum mengambil pendekatan yang berbeda-beda untuk bisa mendapatkan Qubit ini.

Komputer Kuantum milik IBM, yakni IBM Q Foto: detikINET/Mochamad James Falahuddin

Sementara IBM, yang pertama merilis sistem kuantum komputer untuk komersial dengan code name IBM Q, menggunakan pendekatan yang cukup luar biasa, yaitu dengan menciptakan 'artificial atom' yang khusus berfungsi sebagai Qubit.

Dan agar atom buatan itu bisa 'diatur-atur' state-nya sesuai keinginan, maka atom tersebut harus dibikin untuk berada dalam posisi diam.

Seperti kita pernah dapat dalam pelajaran IPA di SMP, dalam kondisi normal, molekul itu selalu bergerak secara acak yang dikenal dengan 'Gerak Brown'. Dan atom baru bisa berhenti bergerak atau diam dalam suhu 0 mutlak atau 0 Kelvin setara dengan -273 derajat Celcius.

Dan itulah yang dilakukan dalam sistem IBM Q , untuk bisa memanipulasi Qubit, maka sistem harus didinginkan mendekati 0 derajat Kelvin.

Dalam gambar terlampir, susunan kabel dan pipa berwarna kungin yang mirip lampu gantung itu sebetulnya adalah sistem pendingin, sementara chip yang berisi atom qubit nya sendiri berada di pipa di bagian bawahnya.

Saat ini IBM sudah berhasil mengembangkan sistem IBM Q yang memiliki 50 Qubit, artinya sistem tersebut mampu mengerjakan instruksi dengan kompleksitas 250 kali dari sistem biner. Namun saat ini yang sudah tersedia untuk konsumsi umum baru komputer kuantum dengan 20 Qubit.

Pemanfaatan Komputer Kuantum

Tentu tidak semua hal bisa dan perlu menggunakan kekuatan super dari komputer kuantum. Pekerjaan harian seperti pengolah kata atau spreadsheet tentu tidak selayaknya diberikan kepada komputer kuantum.

Dengan state yang jauh lebih banyak dibandingkan sistem biner, maka komputer kuantum berpotensi untuk menyelesaikan problem-problem yang memiliki kompleksitas matematika sangat rumit jauh lebih cepat dibandingkan kalau dikerjakan dengan komputer biner.

Problem-problem dengan kompleksitas matematika rumit ini biasanya muncul dalam riset-riset di level molekuler atau lebih kecil lagi. Seperti riset nanoteknologi atau permodelan fisika modern.

Dengan bantuan kuantum komputer diharapkan masalah perhitungan matematis dalam riset-riset ultra rumit itu bisa diselesaikan jauh lebih cepat sehingga kita bisa mendapatkan hasil yang siap digelar ke publik dengan lebih cepat juga.

Sistem kecerdasan buatan (artificial inteligence) atau machine learning atau deep learning yang semuanya berbasis pada perhitungan kompleks, juga seolah akan mendapat suntikan steroid kalau dikombinasikan dengan komputer kuantum.

Profesor Michio Kaku, salah seorang fisikawan ternama saat ini, menyatakan bahwa kecerdasan buatan, machine learning dan quantum computer-lah yang akan membawa manusia untuk melakukan kolonisasi planet Mars tidak lama lagi, seperti dimimpikan dalam film 'Martian'.

Meskipun demikian, kita tidak perlu takut dengan kehadiran sistem-sistem cerdas yang akan dihasilkan dengan hadirnya komputer kuantum ini. Karena semua itu merupakan bukti dari kekuatan manusia yang sepertinya sampai kapanpun tidak akan mampu dicapai oleh mesin, yaitu imajinasi.

Seperti juga kisah kemajuan teknologi, kuantum komputer berasal dari khayalan, imajinasi, yang awalnya dianggap dongeng. Namun, seiring berjalannya waktu, berhasil diwujudkan menjadi nyata.

Albert Einstein pernah bilang, bahwa imajinasi itu jauh lebih penting dari pengetahuan. Karena pengetahuan itu terbatas, tapi imajinasi tak ada batasnya.


Penulis, Mochamad James Falahuddin adalah praktisi telematika. Bisa dihubungi melalui akun Twitter @mjamesf.