Terobosan Baru Ilmuwan, Quantum Computer Terkecil di Dunia

Quantum computer telah lama dianggap sebagai masa depan dunia komputasi, dengan kemampuannya dalam memproses data jauh lebih cepat dibandingkan komputer konvensional. Namun, selama ini, salah satu tantangan terbesar dalam pengembangannya adalah ukuran yang besar dan kebutuhan akan suhu ekstrem mendekati nol absolut agar bisa berfungsi dengan baik. Kini, sebuah terobosan baru telah lahir: para ilmuwan berhasil menciptakan quantum computer terkecil di dunia yang dapat bekerja pada suhu ruangan dan ukurannya hanya sebesar komputer desktop biasa.

Bagaimana mungkin quantum computer bisa sekecil ini? Apa keunggulannya dibandingkan dengan model yang sudah ada? Dan bagaimana pengaruhnya terhadap masa depan teknologi? Artikel ini akan membahas lebih dalam mengenai inovasi terbaru ini dan dampaknya terhadap perkembangan dunia komputasi kuantum.

Apa Itu Quantum Computer?

Sebelum memahami inovasi terbaru ini, penting untuk mengetahui apa itu quantum computer dan bagaimana cara kerjanya.

Quantum Computer adalah jenis komputer yang menggunakan prinsip mekanika kuantum untuk melakukan perhitungan jauh lebih cepat dibandingkan komputer konvensional. Jika komputer biasa menggunakan bit yang hanya bisa bernilai 0 atau 1, quantum computer menggunakan qubit yang bisa berada dalam beberapa keadaan sekaligus (superposisi). Ini memungkinkan quantum computer untuk melakukan banyak perhitungan secara paralel dan menyelesaikan masalah kompleks dalam waktu singkat.

Terobosan Besar: Quantum Computer Berbasis Foton

Para ilmuwan telah berhasil menciptakan quantum computer yang menggunakan satu foton (partikel cahaya) sebagai qubit, yaitu unit dasar informasi dalam komputasi kuantum. Teknologi ini dipublikasikan dalam jurnal Physical Review Applied pada 3 September 2024.

Berbeda dengan quantum computer konvensional yang memanfaatkan qubit berbasis superkonduktor dan harus didinginkan hingga hampir nol absolut, quantum computer baru ini dapat beroperasi pada suhu ruangan. Ini merupakan sebuah lompatan besar dalam bidang komputasi kuantum karena menghilangkan kebutuhan akan perangkat pendingin yang besar dan mahal.

Para peneliti menggunakan serat optik berbentuk cincin untuk menyimpan dan memproses informasi dalam satu foton. Meskipun masih dalam tahap uji coba, komputer ini sudah mampu melakukan operasi matematika seperti faktorisasi bilangan prima (contohnya 15 = 5 × 3), yang merupakan dasar dari banyak algoritma keamanan digital.

Mengapa Suhu Ruangan Itu Penting?

Sebagian besar quantum computer saat ini membutuhkan suhu yang sangat rendah, mendekati nol absolut (-273,15°C), untuk menjaga kestabilan qubitnya. Ini karena qubit yang berbasis superkonduktor sangat rentan terhadap gangguan dari lingkungan sekitar.

Namun, mendinginkan sistem ke suhu ekstrem ini membutuhkan peralatan khusus yang besar dan mahal. Bahkan, laboratorium yang digunakan untuk menjalankan quantum computer sering kali memerlukan ruangan sebesar satu kamar atau lebih, hanya untuk mengakomodasi sistem pendinginannya.

Dengan adanya quantum computer berbasis foton yang dapat bekerja pada suhu ruangan, berbagai tantangan ini bisa diatasi. Ukuran quantum computer menjadi jauh lebih kecil, lebih hemat energi, dan lebih mudah diterapkan di berbagai industri tanpa infrastruktur khusus.

Bagaimana Cara Kerja Quantum Computer Berbasis Foton?

Sebagian besar quantum computer saat ini menggunakan qubit berbasis superkonduktor, seperti prosesor 1.000-qubit IBM Condor. Namun, qubit jenis ini harus didinginkan hingga hampir nol absolut agar bisa berfungsi dengan baik.

Sebagai alternatif, para ilmuwan telah lama mempertimbangkan penggunaan foton sebagai qubit dalam bidang yang dikenal sebagai optical quantum computing. Pada Februari lalu, para peneliti mengusulkan bahwa qubit yang dibuat dari single laser pulse dapat digunakan untuk membangun quantum computer yang stabil dan dapat bekerja pada suhu ruangan. Para peneliti berhasil mengembangkan quantum computer yang bekerja dengan foton tunggal. Foton ini disimpan dalam 32 time-bin atau dimensi dalam paket gelombang cahaya, yang merupakan rekor dunia dalam jumlah dimensi komputasi yang bisa diakses oleh satu qubit.

Menurut Chuu Chih-sung, profesor optika kuantum dari Universitas Tsing Hua, Taiwan, ini adalah rekor dunia dalam jumlah dimensi komputasi yang dapat diakses oleh satu qubit.

Keunggulan utama dari pendekatan ini adalah quantum computer tidak lagi memerlukan sistem pendingin yang besar dan rumit. Ini memungkinkan perangkat untuk memiliki ukuran yang lebih kecil dan lebih hemat energi dibandingkan quantum computer berbasis superkonduktor.

Keunggulan Quantum Computer Berbasis Foton

Dibandingkan dengan teknologi kuantum yang sudah ada, quantum computer berbasis foton menawarkan berbagai keunggulan:

1. Dapat Bekerja pada Suhu Ruangan
   
   • Tidak membutuhkan sistem pendingin besar seperti quantum computer berbasis superkonduktor.
   • Mengurangi biaya operasional dan konsumsi energi.
2. Lebih Stabil
   
   • Foton dapat mempertahankan keadaan kuantumnya lebih lama dibandingkan qubit berbasis ion terperangkap atau superkonduktor.
   • Tidak mudah terganggu oleh lingkungan sekitar, membuatnya lebih andal dalam jangka panjang.
3. Lebih Efisien dan Hemat Energi
   
   • Komputer ini tidak memerlukan laser kompleks atau gelombang elektromagnetik khusus untuk mempertahankan keadaan kuantumnya, seperti yang dibutuhkan oleh qubit ion terperangkap.
   • Penggunaan energi jauh lebih rendah dibandingkan dengan sistem kuantum konvensional.
4. Ukuran Lebih Kecil
   
   • Karena tidak membutuhkan peralatan pendingin besar, quantum computer berbasis foton dapat memiliki ukuran yang lebih kecil, bahkan hanya sebesar komputer desktop biasa.

Ini membuka peluang penggunaan di berbagai bidang, termasuk industri, laboratorium penelitian, dan bahkan perangkat pribadi di masa depan.

Tantangan dan Masa Depan Quantum Computer Fotonik

Meski menawarkan banyak keunggulan, teknologi ini masih menghadapi beberapa tantangan yang perlu diatasi sebelum dapat digunakan secara luas. Salah satu tantangan utama adalah sifat probabilistik foton, yang berarti mereka bisa muncul dan menghilang secara tidak terduga.

Sebagian besar quantum computer berbasis foton yang ada saat ini menggunakan ratusan foton untuk menjalankan operasi komputasi. Namun, karena sifatnya yang sulit dikontrol, membangun sistem yang stabil dengan jumlah foton yang besar masih menjadi tantangan. “Kadang ada, kadang menghilang menjadi sulit untuk mengontrolnya dalam jumlah besar”, kata Chuu

Untuk mengatasi hal ini, tim peneliti berhasil mengompresi seluruh informasi ke dalam satu foton yang stabil. Profesor Chuu mengibaratkan inovasi ini seperti mengubah sepeda yang hanya bisa mengangkut satu orang menjadi kereta dengan 32 gerbong yang dapat membawa banyak penumpang.

Langkah selanjutnya dalam penelitian ini adalah meningkatkan kapasitas penyimpanan dalam satu foton sehingga dapat menangani perhitungan yang lebih kompleks. Jika berhasil, ini bisa menjadi titik awal revolusi baru dalam dunia komputasi kuantum.

Dampak Potensial bagi Masa Depan Teknologi

Quantum computer berbasis foton memiliki potensi besar untuk mengubah berbagai industri, termasuk:

1. Keamanan Siber dan Enkripsi Data
   
   • Faktorisasi bilangan prima yang dilakukan oleh quantum computer sangat penting dalam kriptografi.
   • Sistem keamanan digital dapat diperkuat dengan metode enkripsi yang lebih canggih dan lebih sulit diretas.
2. Komunikasi Kuantum
   
   • Karena komputer ini menggunakan foton sebagai qubit, ia dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam jaringan komunikasi kuantum yang berbasis cahaya.
   • Ini akan memungkinkan pengiriman data yang lebih aman dan lebih cepat dibandingkan sistem komunikasi saat ini.
3. Komputasi Berkecepatan Tinggi
   
   • Dengan kapasitas pemrosesan yang jauh lebih tinggi dibandingkan komputer konvensional, berbagai bidang seperti kecerdasan buatan (AI), simulasi ilmiah, dan analisis data besar (big data) dapat memperoleh manfaat besar dari teknologi ini.
4. Penelitian Ilmiah dan Pengembangan Teknologi Baru
   
   • Teknologi kuantum berbasis foton dapat membuka jalan bagi penelitian lebih lanjut dalam fisika kuantum, biologi molekuler, dan banyak bidang lainnya.

Kesimpulan
Keberhasilan para ilmuwan dalam menciptakan quantum computer terkecil di dunia yang dapat beroperasi pada suhu ruangan adalah sebuah terobosan besar. Dengan menggunakan foton sebagai qubit, komputer ini menawarkan keunggulan dalam efisiensi energi, kestabilan, dan ukuran yang lebih kecil dibandingkan sistem kuantum konvensional.

Meskipun masih dalam tahap pengembangan, teknologi ini berpotensi mengubah cara kita berinteraksi dengan komputasi kuantum dan membuka peluang baru dalam berbagai industri. Jika tantangan yang ada dapat diatasi, bukan tidak mungkin dalam beberapa tahun ke depan kita akan melihat quantum computer yang lebih canggih, lebih kecil, dan lebih mudah digunakan di berbagai bidang kehidupan.