Jakarta – Teknologi komputasi kuantum kembali mencatat perkembangan baru. Startup asal Jerman, Saxon Q, memperkenalkan sistem komputer kuantum yang menggunakan berlian sintetis sebagai basis qubit dan diklaim mampu melampaui batas 10 qubit yang selama ini menjadi tantangan pada arsitektur nitrogen-vacancy (NV).
Berbeda dengan komputer konvensional yang menggunakan bit sebagai satuan informasi, sistem kuantum memanfaatkan qubit. Unit tersebut tidak hanya dapat berada pada kondisi 0 atau 1, tetapi juga memungkinkan keadaan superposisi yang menggabungkan kedua kondisi tersebut.
Saxon Q saat ini menawarkan sistem yang dapat dipasang pada rak komputer dengan kapasitas hingga 128 qubit. Perusahaan tersebut juga menargetkan versi 512 qubit untuk dikirimkan pada tahun depan. Dalam peta pengembangannya, Saxon Q memiliki ambisi untuk membawa teknologi tersebut menuju kapasitas 10.000 qubit atau lebih setelah 2030.
Meski demikian, kemampuan sistem tersebut masih membutuhkan pembuktian dan perbandingan lebih lanjut dengan berbagai platform komputer kuantum yang telah lebih dulu berkembang.
Memanfaatkan Cacat pada Berlian
Teknologi yang dikembangkan Saxon Q memanfaatkan apa yang disebut nitrogen-vacancy center. Sederhananya, struktur ini terbentuk ketika sebuah atom nitrogen menempati posisi yang seharusnya ditempati atom karbon dan terdapat kekosongan di dekatnya dalam struktur kristal berlian.
Fenomena tersebut sebenarnya telah lama menjadi objek penelitian. Pada dekade 1970-an, ilmuwan menemukan bahwa jenis berlian tertentu dapat menghasilkan cahaya merah ketika mendapat perlakuan cahaya tertentu. Penelitian berikutnya mengaitkan fenomena tersebut dengan keberadaan cacat pada struktur berlian yang melibatkan atom nitrogen.
Karena dapat dibuat secara terkontrol, berlian sintetis kemudian menjadi salah satu material yang menarik bagi penelitian kuantum.
Pada pusat nitrogen-vacancy, spin elektron dapat dimanfaatkan untuk menyimpan dan memanipulasi informasi kuantum. Laser digunakan untuk menyiapkan kondisi awal, sementara pulsa gelombang mikro memungkinkan keadaan spin diubah secara presisi.
Marius Grundmann, profesor fisika eksperimental di Universitas Leipzig sekaligus salah satu pendiri Saxon Q, mengatakan kunci pengembangan teknologi mereka terletak pada rekayasa material.
Salah satu teknik yang digunakan timnya adalah melakukan co-implantation atau implantasi bersama dengan unsur belerang ketika membentuk kekosongan pada berlian sintetis.
“Itulah poin teknologi kuncinya. Sebab, belerang meningkatkan potensial kimia hingga ke titik yang bermuatan negatif. Belerang menyuplai elektron; belerang juga membuat kekosongan tersebut terikat pada nitrogen dengan tingkat keberhasilan yang sangat tinggi,” jelas Grundmann.
Menurutnya, pendekatan tersebut memungkinkan Saxon Q mengontrol qubit secara lebih konsisten. Setelah dipersiapkan menggunakan laser dan dimanipulasi dengan gelombang mikro, qubit dapat digunakan untuk menjalankan operasi kuantum serta proses koreksi kesalahan.
Klaim Fidelitas Hampir 100 Persen
Salah satu parameter penting dalam komputer kuantum adalah fidelitas, yakni ukuran seberapa akurat sebuah operasi kuantum dilakukan.
Dalam pernyataan perusahaan, Saxon Q menyebut tingkat fidelitas operasi qubit mereka mencapai 99,92 persen sebelum koreksi kesalahan diterapkan. Artinya, tingkat kesalahannya berada di bawah satu kesalahan untuk setiap 1.000 operasi.
Grundmann kemudian menyampaikan bahwa pengukuran yang lebih baru, per 22 Juli, menunjukkan fidelitas operasi satu qubit mencapai 99,98 persen.
Ia membandingkan angka tersebut dengan hasil penelitian mengenai koreksi kesalahan kuantum yang dikembangkan sejumlah laboratorium, termasuk IBM dan MIT. Meski demikian, klaim tersebut belum diverifikasi secara independen.
Karena itu, masih diperlukan pengujian lebih lanjut untuk mengetahui seberapa kompetitif sistem Saxon Q apabila dibandingkan langsung dengan berbagai arsitektur komputer kuantum lainnya.
Komputer Kuantum Tanpa Pendingin Ekstrem
Salah satu karakteristik yang paling menarik dari pendekatan berbasis nitrogen-vacancy adalah potensinya untuk bekerja tanpa sistem kriogenik ekstrem yang lazim digunakan pada komputer kuantum berbasis qubit superkonduktor.
Grundmann menyatakan Saxon Q telah memiliki komputer kuantum yang dapat menjalankan kode kuantum dan diakses melalui jaringan. Sistem tersebut juga dirancang untuk mendukung penggunaan oleh banyak pengguna serta menjalankan berbagai tugas.
“Kami memiliki komputer kuantum yang berfungsi penuh,” ujar Grundmann.
Apabila performanya nantinya dapat dibuktikan kompetitif dengan teknologi kuantum solid-state lain, pendekatan tersebut berpotensi menghadirkan komputer kuantum dengan kebutuhan infrastruktur yang lebih sederhana.
Perangkat Saxon Q dirancang dalam bentuk rack-mounted sehingga dapat ditempatkan pada rak komputer standar dan menggunakan sumber listrik AC. Konsep tersebut membuatnya berbeda dari sistem yang membutuhkan fasilitas pendinginan kriogenik dan pemantauan khusus.
Keunggulan tersebut juga dapat membuka peluang penggunaan komputer kuantum secara langsung di lokasi. Salah satu skenario yang disebut Grundmann adalah edge computing, termasuk pada kendaraan otonom dan robotika.
Pada aplikasi semacam itu, ketergantungan pada cloud dapat menimbulkan latensi yang tidak diinginkan. Komputasi yang dilakukan lebih dekat dengan perangkat dapat menjadi alternatif apabila kebutuhan pemrosesan kuantum semakin berkembang.
Skalabilitas Masih Menjadi Pekerjaan Besar
Di balik pencapaian tersebut, Saxon Q masih menghadapi persoalan besar dalam upaya meningkatkan jumlah qubit.
Salah satu hambatan utamanya adalah ukuran chip. Platform yang ada saat ini hanya dapat menampung sekitar delapan hingga 16 qubit dalam satu chip.
Jika ingin mencapai ratusan hingga ribuan qubit, para peneliti harus menemukan cara untuk menempatkan lebih banyak pusat nitrogen-vacancy dalam ruang yang jauh lebih kecil sekaligus mempertahankan kemampuan untuk mengontrol masing-masing qubit.
Tantangannya menjadi semakin kompleks ketika sistem diarahkan menuju komputer kuantum berskala besar. Aplikasi yang benar-benar membutuhkan kemampuan komputasi kuantum tingkat lanjut kemungkinan memerlukan ratusan ribu hingga jutaan qubit.
Selain kepadatan qubit, kecepatan operasi juga menjadi faktor yang perlu diperhitungkan. Sejumlah perbandingan terhadap teknologi solid-state menunjukkan sistem qubit superkonduktor umumnya mampu menjalankan operasi lebih cepat daripada pendekatan NV berbasis berlian.
Karena itu, pertanyaan besarnya bukan hanya seberapa banyak qubit yang dapat dimasukkan ke dalam sistem, tetapi juga bagaimana menyeimbangkan jumlah qubit, kecepatan, tingkat kesalahan, kebutuhan infrastruktur, serta latensi ketika digunakan dalam aplikasi nyata.
Jika Saxon Q berhasil mempertahankan tingkat fidelitas tinggi sekaligus mengatasi persoalan skalabilitas, teknologi NV berbasis berlian tersebut berpotensi menjadi salah satu alternatif menarik dalam perkembangan komputer kuantum generasi berikutnya.(BY)
