IBM Klaim Terobosan “Keunggulan Kuantum Terverifikasi” Bersama University of Chicago

Apa yang dimaksud dengan keunggulan kuantum terverifikasi?

Keunggulan kuantum merujuk pada kondisi ketika komputer kuantum menyelesaikan jenis persoalan tertentu dalam waktu yang secara praktis tidak dapat dicapai oleh komputer klasik. Namun, kecepatan saja belum cukup. Peneliti juga perlu menunjukkan bahwa keluaran mesin kuantum tidak sekadar hasil dari gangguan atau kesalahan perangkat keras.

Dalam eksperimen ini, IBM dan University of Chicago merancang rangkaian kuantum yang cukup sulit disimulasikan secara klasik, tetapi tetap memiliki struktur yang memungkinkan kesalahannya dideteksi. Dengan demikian, tim berupaya menjawab dua pertanyaan sekaligus: apakah komputer kuantum mampu melakukan komputasi yang sulit bagi komputer klasik, dan seberapa yakin peneliti terhadap ketepatan hasilnya .

Detail eksperimen: 70 qubit logis

Eksperimen utama dijalankan pada prosesor IBM Quantum Heron. Menurut laporan tim, pencapaiannya mencakup:

• 70 qubit logis yang dikodekan menggunakan metode koreksi kesalahan baru—salah satu demonstrasi komputasi kuantum dengan qubit logis berskala besar yang pernah dilaporkan .
• 2.415 operasi dua-qubit logis dan 468 gerbang T, dua ukuran yang digunakan untuk menggambarkan kompleksitas rangkaian kuantum .
• Waktu eksekusi sekitar 15 menit, untuk tugas yang menurut tim akan membutuhkan waktu tidak praktis jika dikerjakan dengan metode simulasi klasik terkemuka .
• Tingkat kesalahan logis yang ditekan hingga sekitar 10 kali lebih rendah dibandingkan tingkat kesalahan qubit fisik yang mendasarinya .

Tugas yang dipilih adalah persoalan sampling—pengambilan sampel dari keluaran rangkaian—yang dirancang agar sulit disimulasikan secara klasik, tetapi masih memungkinkan proses verifikasi. IBM mempublikasikan rangkaian dan hasilnya melalui Quantum Advantage Tracker, serta mengundang peneliti lain untuk menguji, menantang, atau membantah temuan tersebut .

Cara kerja “spacetime code”

Terobosan utama dalam proses verifikasi ini adalah teknik yang disebut spacetime code. Pendekatan tersebut menjadi alternatif terstruktur bagi metode random circuit sampling yang digunakan dalam sejumlah eksperimen keunggulan kuantum sebelumnya .

Secara garis besar, peneliti:

1. Membangun sebagian besar rangkaian menggunakan gerbang Clifford, yaitu kelompok gerbang kuantum yang relatif efisien untuk disimulasikan secara klasik dan mendukung deteksi kesalahan.
2. Menyisipkan gerbang T, operasi non-Clifford yang penting untuk komputasi kuantum universal, pada posisi-posisi tertentu.
3. Menjaga agar penyisipan gerbang T tidak menghilangkan kemampuan rangkaian Clifford untuk mendeteksi kesalahan .

Desain ini memungkinkan sistem mendeteksi kesalahan ketika komputasi berlangsung, bukan hanya mengandalkan pemeriksaan klasik setelah seluruh proses selesai . Tim melaporkan batas bawah fidelitas sebesar 0,284 dengan tingkat kepercayaan statistik 95 persen. Mereka menyebutnya sebagai pertama kalinya eksperimen keunggulan kuantum menghasilkan batas matematis mengenai seberapa setia komputasi dijalankan .

Namun, verifikasi tersebut memiliki biaya eksperimental yang besar. Jumlah proses yang harus dijalankan meningkat hingga 860 kali dibandingkan kondisi normal, dan hanya sekitar 28 persen proses yang lolos penyaring deteksi kesalahan . Beban tambahan ini menjadi tantangan penting jika metode tersebut ingin diterapkan pada persoalan praktis berskala lebih besar.

Tiga makalah dalam satu pengumuman IBM

Pengumuman 30 Juli itu menggabungkan tiga pracetak yang diunggah ke arXiv pada 27–28 Juli. Masing-masing menggunakan pendekatan berbeda untuk meningkatkan kepercayaan terhadap komputasi kuantum yang sulit diverifikasi melalui simulasi klasik .

• IBM dan University of Chicago melaporkan hasil utama berupa rangkaian logis yang dikoreksi kesalahan.
• IBM dan Qedma Quantum Computing menggunakan perangkat lunak mitigasi kesalahan QESEM untuk mengamati dinamika jangka panjang pada hingga 74 qubit, lalu membandingkan hasilnya dengan simulasi klasik dari RIKEN dan BlueQubit serta pemeriksaan perangkat keras pada Quantinuum .
• IBM dan Algorithmiq melaporkan simulasi material kuantum heterogen melalui kerangka kerja yang dirancang untuk membangun kepercayaan ketika verifikasi klasik tidak tersedia .

Sejumlah peneliti eksternal mencatat bahwa makalah pendamping dari Qedma dan Algorithmiq tidak secara eksplisit mengklaim telah menunjukkan keunggulan kuantum, melainkan menyatakan bahwa simulasi klasik untuk persoalan tersebut sulit dilakukan . Ketiga makalah itu masih berupa pracetak dan belum melalui tinjauan sejawat .

Mengapa klaim ini masih perlu diuji?

Klaim besar dalam komputasi kuantum biasanya mengundang pemeriksaan ketat. Kritikus lama bidang ini, Gil Kalai, berpendapat bahwa derau atau noise masih dapat memengaruhi validitas hasil tersebut . Selain itu, kebutuhan proses eksperimen hingga 860 kali lipat menunjukkan bahwa verifikasi yang dilakukan belum efisien untuk penggunaan komersial umum .

Ada pula batasan konseptual: rangkaian yang digunakan memang dirancang secara khusus agar dapat diverifikasi. Artinya, hasil ini belum otomatis menunjukkan bahwa semua persoalan dunia nyata akan memperoleh manfaat serupa dari komputer kuantum.

IBM menanggapi keraguan tersebut dengan membuka rangkaian dan data eksperimennya kepada publik, serta mengundang komunitas ilmiah untuk melakukan pengujian independen . Validitas akhir klaim ini masih bergantung pada pemeriksaan lebih lanjut dan proses tinjauan sejawat.

Proyeksi bisnis Arvind Krishna

Pada hari yang sama, CEO IBM Arvind Krishna membahas dampak komersial komputasi kuantum dalam program CNBC Mad Money. Ia mengatakan teknologi tersebut dapat memberikan dampak yang “terukur” terhadap pendapatan dan laba IBM pada 2028 atau 2029 .

Krishna juga menyatakan IBM “cukup yakin” bahwa komputasi kuantum dapat menciptakan nilai sebesar 1 triliun dolar AS pada akhir dekade 2030-an . Proyeksi itu merupakan pandangan bisnis IBM, bukan hasil yang telah dipastikan secara independen.

Untuk mendukung peta jalannya, IBM mengumumkan rencana investasi lebih dari 10 miliar dolar AS selama lima tahun dalam riset dan pengembangan, manufaktur perangkat keras, koreksi kesalahan, perangkat lunak, serta kemitraan ekosistem . Perusahaan juga menyatakan masih berada di jalur untuk menghadirkan komputer kuantum toleran-kesalahan berskala besar pada 2029 .

Rencana pendirian fasilitas produksi chip kuantum mandiri sebagian didukung komitmen 1 miliar dolar AS dari Departemen Perdagangan Amerika Serikat .

Apa artinya bagi masa depan komputasi kuantum?

Jika lolos tinjauan sejawat dan pengujian independen, hasil IBM–University of Chicago dapat menjadi salah satu bukti paling kuat bahwa perangkat keras kuantum mulai melewati tahap demonstrasi konsep menuju komputasi yang lebih dapat dipercaya.

Kebaruan utamanya bukan hanya klaim bahwa mesin kuantum mengalahkan simulasi klasik, melainkan upaya menunjukkan seberapa baik komputasi itu dijalankan. Meski demikian, biaya verifikasi masih sangat besar, persoalannya dipilih agar dapat diperiksa, dan makalahnya belum ditinjau sejawat. Untuk saat ini, pencapaian tersebut lebih tepat dipandang sebagai tonggak penelitian penting—bukan bukti bahwa komputer kuantum sudah siap menggantikan komputer klasik untuk berbagai kebutuhan bisnis.