Quantum Supremacy: Revolusi atau Sekadar Strategi Pemasaran?

Quantum Supremacy atau Supremasi kuantum adalah istilah yang menggambarkan titik di mana komputer kuantum mampu menyelesaikan tugas yang mustahil atau tidak praktis bagi komputer klasik. Istilah ini pertama kali diperkenalkan oleh John Preskill pada tahun 2012, seorang fisikawan teoretis dari California Institute of Technology (Caltech). Konsep ini menjadi tonggak penting dalam pengembangan teknologi kuantum karena menunjukkan potensi revolusioner dalam komputasi.

Namun, meskipun terdengar luar biasa, Quantum Supermacy tidak serta-merta berarti bahwa komputer kuantum sudah siap menggantikan komputer klasik dalam berbagai tugas sehari-hari. Konsep ini lebih merupakan demonstrasi akademis, membuktikan bahwa komputer kuantum mampu menyelesaikan masalah tertentu jauh lebih cepat dibandingkan superkomputer konvensional.

Lantas, bagaimana Quantum Supermacy bekerja? Apakah klaim Quantum Supermacy yang diajukan oleh Google dapat dipertahankan? Dan mengapa ada banyak perdebatan di antara para ilmuwan mengenai konsep ini? Artikel ini akan membahas secara mendalam mengenai pengertian Quantum Supermacy, eksperimen yang dilakukan, serta berbagai pandangan dari para ahli di bidang ini.

Apa Itu Quantum Supermacy?

Quantum Supermacy adalah konsep dalam quantum computing yang merujuk pada titik di mana komputer kuantum dapat melakukan perhitungan yang tidak mungkin atau sangat sulit dilakukan oleh komputer klasik dalam waktu yang wajar. Meskipun ide ini terdengar revolusioner, nyatanya konsep Quantum Supermacy masih menjadi perdebatan sengit di kalangan ilmuwan dan pakar teknologi.

Banyak ahli memiliki pandangan yang beragam mengenai apakah Quantum Supermacy sudah benar-benar tercapai atau hanya sekadar strategi pemasaran. Beberapa melihatnya sebagai pencapaian luar biasa, sementara yang lain menganggapnya sebagai istilah yang dilebih-lebihkan untuk menarik perhatian publik dan investor. Berikut adalah pendapat dari lima ilmuwan terkemuka tentang Quantum Supermacy.

1. Scott Aaronson: Quantum Supermacy adalah Target yang Selalu Bergerak
   Scott Aaronson, seorang profesor di Universitas Texas di Austin dan salah satu pakar terkemuka dalam komputasi kuantum, menganggap Quantum Supermacy sebagai target yang terus berubah. Menurutnya, meskipun komputer kuantum mungkin dapat mengungguli komputer klasik dalam tugas tertentu, perkembangan algoritma klasik yang lebih efisien dapat kembali menghilangkan keunggulan tersebut.

   "Quantum supremacy can be achieved and then unachieved later,” he said. “But all expect that we’ll eventually get to a place where quantum computers are just routinely doing things that classical computers cannot replicate within thousands of years or millions of years, and at that point, there’s no more arguing about it."

   Pernyataan Aaronson ini menggarisbawahi bahwa Quantum Supermacy bukanlah sesuatu yang statis, tetapi lebih seperti perlombaan antara teknologi kuantum dan peningkatan algoritma klasik.

2. Sergey Frolov: Quantum Supermacy Lebih ke Strategi Pemasaran
   Berbeda dengan Aaronson, Sergey Frolov, seorang profesor fisika di Universitas Pittsburgh, berpendapat bahwa Quantum Supermacy lebih merupakan alat pemasaran daripada tolok ukur ilmiah. Ia percaya bahwa istilah ini sengaja digunakan untuk menarik perhatian publik dan mendukung pendanaan penelitian kuantum.

   "Our way of communicating with the public is giving them sales pitches,” Frolov told Aventine. “One of the sales pitches, perhaps unfortunately named, was this quantum supremacy idea. The idea is really much less grandiose than the name would convey: Can a machine that we’ve built do something, anything, perhaps absolutely useless, but still better than the standard computers?"

   Pendapat ini mencerminkan skeptisisme terhadap dampak nyata Quantum Supermacy dalam aplikasi dunia nyata. Menurutnya, banyak eksperimen Quantum Supermacy hanya membuktikan keunggulan dalam tugas yang sangat spesifik, tanpa implikasi praktis yang besar.

3. Joseph Emerson: Quantum Supermacy sebagai Prestasi Eksperimental
   Sementara Frolov melihat Quantum Supermacy sebagai gimmick pemasaran, Joseph Emerson dari Universitas Waterloo menilainya sebagai pencapaian teknik yang luar biasa. Meskipun ia mengakui adanya unsur pemasaran dalam istilah ini, ia tetap menekankan bahwa eksperimen Quantum Supermacy menunjukkan kemampuan ilmuwan dalam mengendalikan sistem kuantum dalam skala besar.

   “When you’re doing the quantum supremacy experiment, you’re demonstrating the ability to maintain that magic over a large enough scale that you can do something that’s very hard for a classical computer,” he said."

   Pendapat Emerson menunjukkan bahwa meskipun Quantum Supermacy mungkin belum memiliki dampak langsung bagi masyarakat luas, pencapaiannya tetap penting dalam perkembangan teknologi kuantum.

4. Gil Kalai: Quantum Supermacy Mungkin Tidak Akan Pernah Tercapai
   Gil Kalai, seorang ahli matematika dari Universitas Ibrani Yerusalem, mengambil pendekatan yang lebih skeptis. Ia berpendapat bahwa komputer kuantum terlalu rentan terhadap gangguan (noise) dan ketidakstabilan, sehingga Quantum Supermacy mungkin tidak dapat benar-benar tercapai.

   "Quantum supremacy is important both in its own right and as a benchmark or step toward something further,” Kalai said in his discussion with Aventine. However, he added, “My theory is that quantum supremacy cannot be achieved, and this is based on analysis of the stochastic behavior of samples coming from quantum computers in the intermediate scale."

   Menurut Kalai, tantangan terbesar dalam komputasi kuantum bukan hanya menciptakan qubit yang lebih banyak, tetapi juga mengendalikan kesalahan dan gangguan yang terjadi dalam sistem kuantum. Jika masalah ini tidak dapat diselesaikan, maka komputer kuantum mungkin tidak akan pernah benar-benar melampaui komputer klasik dalam tugas-tugas praktis.

5. Shivaji Sondhi: Quantum Supermacy sebagai Pengendalian Sistem Kuantum
   Shivaji Sondhi dari Universitas Princeton memiliki perspektif yang berbeda lagi. Menurutnya, Quantum Supermacy lebih berkaitan dengan kemampuan untuk mengendalikan sistem kuantum dengan tingkat presisi tinggi.

   "Quantum supremacy good enough for physics work would be that when this highly controllable quantum system is big enough that you just cannot predict its behavior in any reliable way using pen and paper or a classical computer, so that you have to deal with the device on its own terms, much as you deal with experimental systems."
   “That notion of quantum supremacy I personally find is the one that appeals to me, and absolutely a goal worth pursuing,” he said.

   Dengan kata lain, bagi Sondhi, pencapaian terbesar dalam komputasi kuantum bukan sekadar melakukan tugas lebih cepat dari komputer klasik, tetapi juga membangun sistem yang benar-benar menunjukkan fenomena kuantum dalam skala besar.

Bagaimana Cara Kerja Quantum Supremacy?

Quantum Supremacy bukanlah sebuah teknologi yang bisa langsung diterapkan di dunia nyata, melainkan lebih kepada uji coba konsep untuk melihat sejauh mana quantum computer bisa mengungguli komputer klasik. Untuk memahami bagaimana Quantum Supermacy bekerja, kita perlu memahami perbedaan mendasar antara komputer kuantum dan komputer klasik.

1. Perbedaan Quantum Computer dan Klasik
   Komputer klasik bekerja dengan menggunakan bit yang merepresentasikan angka biner (0 dan 1) sebagai unit data terkecil. Setiap operasi pada komputer klasik adalah manipulasi logis dari angka-angka biner ini.

   Sementara itu, komputer kuantum menggunakan qubit (quantum bit), yang tidak hanya bisa berada dalam keadaan 0 atau 1, tetapi juga dalam superposisi dari keduanya secara bersamaan. Dengan demikian, komputer kuantum dapat melakukan komputasi dalam skala yang jauh lebih besar secara paralel, yang pada akhirnya berpotensi mengungguli komputer klasik dalam tugas tertentu.

2. Kriteria Quantum Supremacy
   Agar suatu sistem dapat dikatakan telah mencapai Quantum Supermacy, ia harus memenuhi beberapa kriteria:
   
   • Menyelesaikan masalah yang tidak dapat diselesaikan oleh komputer klasik dalam waktu yang wajar.
   • Memiliki kecepatan yang jauh lebih tinggi dibandingkan metode klasik terbaik yang tersedia.
   • Tidak memerlukan koreksi kesalahan kuantum yang kompleks.

   Meskipun komputer kuantum masih mengalami kendala tingkat kesalahan yang tinggi (karena gangguan eksternal atau noise), Quantum Supermacy tetap bisa dicapai tanpa harus memiliki sistem yang benar-benar bebas dari kesalahan.

Perbedaan Quantum Supremacy, Quantum Advantage, dan Quantum Utility

Istilah quantum supremacy, quantum advantage, dan quantum utility memiliki makna yang berbeda dalam dunia komputasi kuantum. Berikut adalah penjelasannya:

1. Quantum Supremacy
   Quantum supremacy adalah titik di mana komputer kuantum dapat menyelesaikan suatu tugas yang tidak dapat diselesaikan oleh komputer klasik dalam waktu yang wajar. Dengan kata lain, ini adalah tahap di mana komputer kuantum secara fundamental melampaui batasan komputasi klasik.

   Sebagai contoh, Google mengklaim telah mencapai quantum supremacy pada 2019 ketika komputer kuantum mereka menyelesaikan perhitungan dalam 200 detik yang diperkirakan akan memakan waktu 10.000 tahun dengan komputer klasik.

   Namun, quantum supremacy tidak berarti komputer kuantum lebih unggul dalam semua aspek. Ini hanya menunjukkan bahwa ada setidaknya satu tugas yang bisa dilakukan secara eksklusif oleh komputer kuantum lebih cepat daripada komputer klasik.

2. Quantum Advantage
   Berbeda dengan quantum supremacy, quantum advantage terjadi ketika komputer kuantum dapat menyelesaikan tugas tertentu lebih cepat atau lebih akurat dibandingkan dengan komputer klasik, tetapi tidak sampai membuat komputer klasik menjadi tidak berguna.

   Misalnya, komputer kuantum dapat meningkatkan kecepatan pengolahan data dalam simulasi molekuler atau optimasi, tetapi komputer klasik masih dapat digunakan dalam berbagai tugas lain yang lebih praktis.

3. Quantum Utility
   Quantum utility adalah konsep yang lebih luas yang menunjukkan bahwa komputer kuantum dapat digunakan untuk menyelesaikan masalah tertentu, meskipun tanpa keunggulan signifikan dibandingkan komputer klasik.

   Dengan kata lain, teknologi ini tetap bermanfaat meskipun belum mencapai tahap di mana ia jauh lebih baik dibandingkan komputer klasik.

Berapa Banyak Qubit yang Dibutuhkan untuk Quantum Supremacy?

Quantum supremacy adalah titik di mana komputer kuantum dapat melakukan perhitungan yang tidak dapat disimulasikan oleh komputer klasik dalam waktu yang masuk akal. Namun, berapa banyak qubit yang sebenarnya dibutuhkan untuk mencapai titik ini?

Jawabannya tidak pasti karena bergantung pada jenis masalah yang diselesaikan dan efisiensi algoritma kuantum yang digunakan. Sebagai aturan umum, diperkirakan bahwa minimal 50 qubit diperlukan agar komputasi kuantum melampaui batas simulasi komputer klasik yang paling kuat.

Namun, angka ini masih menjadi perdebatan. Dalam sebuah artikel dari IEEE Spectrum berjudul "How Many Qubits Are Needed for Quantum Supremacy?", para peneliti mengkaji berbagai pendekatan dan skenario untuk mencapai quantum supremacy.

Google dan Klaim Quantum Supremacy
Pada tahun 2019, Google mengklaim telah mencapai quantum supremacy dengan prosesor kuantumnya yang memiliki 53 qubit. Dalam eksperimennya, Google menyelesaikan sebuah perhitungan dalam waktu 200 detik yang, menurut estimasi mereka, akan membutuhkan 10.000 tahun jika dilakukan oleh superkomputer paling canggih saat ini.

Namun, klaim ini tidak diterima begitu saja oleh komunitas ilmiah. IBM segera menantang pernyataan Google, menyatakan bahwa tugas yang dikerjakan oleh komputer kuantum Google sebenarnya masih bisa disimulasikan oleh superkomputer klasik dalam 2,5 hari, meskipun dengan sumber daya komputasi yang sangat besar.

Perdebatan ini menunjukkan bahwa meskipun komputer kuantum memiliki potensi besar, batas pasti dari quantum supremacy masih sulit ditentukan.

Bagaimana Quantum Supremacy Dapat Dicapai?

Untuk memahami bagaimana quantum supremacy dapat tercapai, para peneliti menggunakan berbagai model rangkaian kuantum. Tiga pendekatan utama yang sering digunakan adalah:

1. Instantaneous Quantum Polynomial-Time (IQP) Circuits
   
   • Metode yang relatif sederhana dalam menghubungkan qubit untuk membentuk rangkaian kuantum.
   • Membutuhkan 208 qubit untuk melampaui superkomputer yang dapat melakukan 10¹⁸ operasi per detik.
2. Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) Circuits
   
   • Digunakan dalam masalah optimasi untuk menemukan solusi terbaik dari banyak kemungkinan.
   • Diperkirakan membutuhkan 420 qubit agar tidak dapat disimulasikan oleh komputer klasik.
3. Boson Sampling Circuits
   
   • Berbeda dari metode lain, pendekatan ini menggunakan foton alih-alih qubit untuk menganalisis jalur cahaya setelah mereka berinteraksi.
   • Membutuhkan 98 foton agar menjadi lebih unggul dibandingkan superkomputer klasik.

Menurut Alexander Dalzell, seorang fisikawan kuantum dari Caltech, penelitian awal menunjukkan bahwa mencapai quantum supremacy awalnya diperkirakan memerlukan lebih dari 10.000 qubit. Namun, dengan pendekatan algoritmik yang lebih efisien, jumlah ini berhasil dikurangi menjadi hanya beberapa ratus qubit dalam beberapa kasus.

Kontroversi Quantum Supremacy Google
Klaim quantum supremacy Google masih menimbulkan banyak perdebatan di kalangan ilmuwan. Salah satu alasan utamanya adalah pemilihan tugas yang digunakan dalam eksperimen Google.

Google merancang eksperimen mereka sedemikian rupa sehingga sulit untuk dibandingkan dengan algoritma klasik yang sudah dikenal. Hal ini menimbulkan pertanyaan:

1. Apakah komputer kuantum Google benar-benar tidak dapat disaingi oleh komputer klasik?
2. Ataukah hanya karena belum ditemukan algoritma klasik yang cukup efisien untuk menyelesaikan tugas yang sama?

Dalzell sendiri menyatakan bahwa klaim Google bisa jadi benar yakni, bahwa mereka melakukan sesuatu yang sangat sulit bagi komputer klasik tanpa sumber daya yang besar. Namun, ia juga menambahkan bahwa di masa depan, ada kemungkinan algoritma klasik baru ditemukan yang dapat meniru eksperimen Google dengan lebih efisien.

Dua Definisi Quantum Supremacy
Pada akhirnya, quantum supremacy dapat didefinisikan dengan dua cara:

1. Quantum supremacy relatif
   
   • Komputer kuantum telah menyelesaikan suatu tugas yang tidak dapat dilakukan oleh komputer klasik tanpa sumber daya yang sangat besar.
   • Definisi ini masih membuka kemungkinan bahwa di masa depan, algoritma klasik yang lebih baik dapat ditemukan untuk menyelesaikan tugas yang sama.
2. Quantum supremacy absolut
   
   • Suatu tugas telah terbukti tidak mungkin diselesaikan oleh komputer klasik, terlepas dari algoritma yang digunakan.
   • Definisi ini lebih kuat karena menunjukkan bahwa komputer kuantum benar-benar memiliki keunggulan mutlak atas komputer klasik.

Google tampaknya lebih condong ke definisi pertama, dengan asumsi bahwa meskipun algoritma klasik bisa terus berkembang, komputer kuantum juga akan semakin canggih dan mempertahankan keunggulannya.

Quantum Supremacy vs. Komputasi Klasik

Saat komputer kuantum mencapai quantum supremacy, batas kemampuan komputasi klasik telah terlampaui. Ini berarti tidak ada komputer klasik, bahkan yang paling kuat sekalipun, yang bisa menyelesaikan tugas tertentu dalam waktu wajar.

Namun, mencapai quantum supremacy bukan berarti komputer kuantum akan menggantikan komputer klasik sepenuhnya. Sebaliknya, mereka akan bekerja bersama dalam berbagai aplikasi, seperti:

1. Dekripsi data menggunakan algoritma faktorisasi kuantum seperti Algoritma Shor.
2. Simulasi molekuler yang lebih akurat, yang dapat mempercepat penemuan obat dan material baru.
3. Analisis dataset dalam jumlah besar secara efisien.
4. Optimasi kombinatorial yang lebih baik dalam logistik dan perencanaan.

Perbandingan Komputasi Kuantum dan Komputasi Klasik
Komputer kuantum dan komputer klasik memiliki perbedaan mendasar dalam cara memproses informasi dan menangani tugas-tugas tertentu.

Kesimpulan
Quantum Supremacy adalah konsep dalam komputasi kuantum yang menandai titik ketika komputer kuantum mampu menyelesaikan perhitungan yang mustahil atau tidak praktis bagi komputer klasik. Istilah ini pertama kali diperkenalkan oleh John Preskill pada tahun 2012 dan menjadi landasan penting dalam perkembangan teknologi kuantum.

Namun, pencapaian Quantum Supremacy masih menjadi perdebatan di kalangan ilmuwan. Beberapa pakar, seperti Scott Aaronson, melihatnya sebagai target yang terus bergerak, di mana peningkatan algoritma klasik dapat kembali menghilangkan keunggulan komputer kuantum. Sergey Frolov berpendapat bahwa istilah ini lebih merupakan strategi pemasaran untuk menarik perhatian dan pendanaan. Sementara itu, Joseph Emerson dan Shivaji Sondhi menganggapnya sebagai pencapaian eksperimen yang menunjukkan kemampuan pengendalian sistem kuantum dalam skala besar. Di sisi lain, Gil Kalai skeptis bahwa Quantum Supremacy dapat benar-benar tercapai karena tantangan besar dalam mengatasi gangguan dan kesalahan dalam sistem kuantum.

Eksperimen Quantum Supremacy, seperti yang diklaim oleh Google pada 2019 dengan prosesor 53 qubit mereka, menunjukkan bahwa komputer kuantum dapat menyelesaikan tugas dalam hitungan detik yang diperkirakan akan membutuhkan ribuan tahun dengan komputer klasik. Namun, klaim ini mendapat tantangan dari IBM, yang menyatakan bahwa tugas tersebut masih bisa disimulasikan oleh komputer klasik dalam waktu lebih singkat dari yang diklaim.

Secara keseluruhan, meskipun Quantum Supremacy telah menjadi pencapaian eksperimental yang menarik, masih banyak tantangan teknis yang harus diatasi sebelum komputer kuantum dapat digunakan secara luas dalam aplikasi dunia nyata.