Komputasi Kuantum Dijelaskan: Bagaimana Qubits Bekerja dan Mengapa Penting Sekarang

Komputer klasik menyimpan informasi dalam bit yang 0 atau 1, seperti saklar yang hidup atau mati. Komputer kuantum sebagai gantinya menggunakan Qubits, yang dapat mewakili 0, 1, atau kombinasi tertimbang dari keduanya pada saat yang sama, menurut penjelasan resmi IBM tentang komputasi kuantum. Properti itu, disebut superposisi, adalah salah satu alasan mesin kuantum dapat menjelajahi banyak jawaban kemungkinan untuk masalah tertentu secara bersamaan daripada satu per satu.

Fisika Dibalik Mesin

IBM mengidentifikasi empat efek mekanika kuantum yang membuat komputasi kuantum mungkin: superposisi, entanglement, interferensi dan dekoherensi. Entanglement menghubungkan Qubits sedemikian rupa sehingga mengukur satu mengungkapkan informasi tentang yang lain, bahkan ketika keduanya terpisah secara fisik. Interferensi memungkinkan sirkuit kuantum memperkuat jawaban yang benar dan membatalkan yang salah, dengan cara yang sama dengan gelombang yang tumpang tindih dapat memperkuat atau membatalkan satu sama lain. Dekoherensi adalah efek sebaliknya — keadaan kuantum runtuh menjadi nilai klasik biasa — dan itu adalah hambatan utama yang harus ditekan oleh insinyur untuk menjaga prosesor kuantum tetap berguna, menurut IBM.

Qubits dapat dibangun dari beberapa sistem fisik, termasuk sirkuit superkonduktor yang didinginkan mendekati nol mutlak, ion terperangkap, titik kuantum dan foton. Prosesor kuantum IBM sendiri mengandalkan sirkuit superkonduktor karena dapat diproduksi dan dikontrol dengan teknik fabrikasi chip yang ada, demikian IBM.

Keuntungan yang Dapat Diverifikasi: Chip Willow Google

Pada 22 Oktober 2025, Google mengumumkan bahwa prosesor Willow 105-qubit-nya telah menghasilkan apa yang disebut perusahaan sebagai keuntungan kuantum yang dapat diverifikasi pertama, menggunakan algoritma yang dinamainya Quantum Echoes, menurut posting blog resmi Google. Algoritma mengirimkan sinyal ke dalam satu set Qubits, mengganggu salah satunya, kemudian membalikkan evolusi sinyal untuk mendengarkan 'gema' yang diperkuat yang dibuat oleh interferensi konstruktif.

Google melaporkan bahwa Quantum Echoes berjalan 13.000 kali lebih cepat di Willow dibandingkan algoritma klasik terbaik yang diketahui berjalan pada salah satu superkomputer tercepat di dunia. Perusahaan menekankan bahwa, tidak seperti klaim supremasi kuantum 2019-nya, hasil ini 'dapat diverifikasi' — dapat diulangi pada perangkat keras kuantum yang sebanding dan disilang, daripada mengandalkan tugas pengambilan sampel tanpa cara independen untuk mengonfirmasi keluaran.

Bekerja dengan peneliti dari University of California, Berkeley, Google menggunakan algoritma untuk mempelajari sinyal resonansi magnetik nuklir (NMR) dari molekul yang mengandung 15 dan 28 atom, menunjuk ke kemungkinan penggunaan masa depan dalam penemuan obat, bahan baterai dan desain Qubits baru, menurut pengumuman Google yang sama.

Jalan IBM Dari 'Utility' ke Fault Tolerance

IBM membedakan antara beberapa tahap kemajuan. Perusahaan mengatakan ia mencapai 'quantum utility' pada tahun 2023, artinya prosesor kuantumnya dapat mengungguli metode aproksimasi klasik pada tugas-tugas tertentu. IBM telah mengatakan bahwa ia mengharapkan mencapai 'quantum advantage' — mengungguli semua metode klasik yang diketahui pada masalah praktis — pada akhir tahun 2026, menurut gambaran umum komputasi kuantum perusahaan sendiri.

Seterusnya, IBM telah menerbitkan roadmap menuju komputasi kuantum yang toleran terhadap kesalahan, di mana kesalahan dideteksi dan diperbaiki sebelum mereka merusak perhitungan. Roadmap menjelaskan chip yang disebut Quantum Loon dirilis pada 2025 dengan konektivitas qubit tambahan untuk eksperimen bukti-konsep menuju kode qLDPC laju tinggi, modul bernama Quantum Kookaburra direncanakan untuk 2026 yang menyimpan informasi menggunakan memori paritas-cek kepadatan rendah kuantum (qLDPC), dan sistem bernama Starling ditargetkan untuk 2029 yang IBM katakan harus menjalankan 100 juta gerbang kuantum pada 200 Qubits logis. Pendekatan koreksi kesalahan IBM menggunakan apa yang disebut 'kode sepeda bivariat', termasuk 'kode kotor [[144,12,12]]' yang katakan perusahaan memerlukan kira-kira sepuluh kali lebih sedikit Qubits fisik daripada metode kode permukaan sebelumnya untuk mencapai proteksi kesalahan yang sama.

Mengapa Enkripsi Sudah Ditulis Ulang

Komputer kuantum penting di luar lab karena algoritma Shor, metode matematika yang diterbitkan oleh Peter Shor pada 1994 menunjukkan bahwa komputer kuantum yang cukup kuat dapat memfaktorkan angka besar — dan oleh karena itu memecahkan enkripsi gaya RSA yang banyak digunakan — jauh lebih cepat daripada komputer klasik mana pun, seperti yang dicatat dalam gambaran umum IBM.

Risiko itu bukan hipotesis bagi badan standar. Pada 13 Agustus 2024, National Institute of Standards and Technology (NIST) AS menyelesaikan tiga standar enkripsi pasca-kuantum pertamanya: FIPS 203 (ML-KEM) untuk enkripsi umum, dan FIPS 204 (ML-DSA) dan FIPS 205 (SLH-DSA) untuk tanda tangan digital, menurut pengumuman resmi NIST. Matematikawan NIST Dustin Moody mengatakan organisasi harus 'mulai mengintegrasikan mereka ke dalam sistem mereka segera, karena integrasi penuh akan memakan waktu.'

Apa Komputer Kuantum Bukanlah

Materi IBM menekankan bahwa komputer kuantum bukanlah sekadar versi lebih cepat dari komputer biasa; mereka cocok untuk kelas masalah tertentu — seperti mensimulasikan molekul, reaksi kimia dan tugas optimisasi atau pembelajaran mesin tertentu — di mana jumlah variabel yang berinteraksi menjadi terlalu besar bagi komputer klasik untuk melacak secara efisien. Untuk tugas sehari-hari seperti pemrosesan kata atau penjelajahan web, komputer klasik tetap jauh lebih praktis.