Para peneliti di Google Quantum AI telah mencapai langkah maju yang signifikan, memanfaatkan komputer kuantum Willow mereka untuk meningkatkan interpretasi data Nuclear Magnetic Resonance (NMR). Teknik yang banyak digunakan dalam bidang kimia dan biologi ini sangat penting untuk memahami detail molekuler, dan penelitian Google menunjukkan bahwa komputer kuantum dapat segera memberikan bantuan yang berharga dalam bidang ini.
Mengapa Ini Penting
Meskipun komputer kuantum terkenal karena potensinya untuk memecahkan kriptografi modern—walaupun perangkat yang ada saat ini tidak cukup kuat untuk melakukannya—komputer kuantum juga menjanjikan dalam mempercepat penemuan obat dan ilmu material. Bidang-bidang ini secara inheren melibatkan fenomena kuantum yang kompleks, sehingga cocok untuk komputasi kuantum. Demonstrasi terbaru Google menyoroti bagaimana komputer kuantum dapat secara efektif “berbicara dalam bahasa yang sama dengan alam,” yang berpotensi merevolusi analisis molekuler.
Quantum Echoes dan NMR: Pendekatan Baru
Tim fokus pada protokol komputasi yang disebut Quantum Echoes, yang dibangun berdasarkan konsep yang mirip dengan “efek kupu-kupu”. Efek ini menggambarkan bagaimana perubahan kecil di satu bagian sistem dapat memicu konsekuensi besar di bagian lain. Para peneliti menggunakan prinsip ini dalam Willow, memanfaatkan 103 qubit untuk mensimulasikan perilaku molekul.
Cara Kerja: Mensimulasikan Gangguan Molekuler
Prosesnya melibatkan serangkaian langkah:
- Manipulasi Keadaan Kuantum: Awalnya para peneliti menerapkan serangkaian operasi tertentu pada qubit, mengubah keadaan kuantumnya secara terkendali.
- Gangguan Terkendali: Sebuah qubit kemudian dengan sengaja diganggu, sehingga bertindak sebagai “kupu-kupu kuantum”.
- Pembalikan dan Pengukuran: Urutan operasi asli diterapkan secara terbalik, dan sifat kuantum yang dihasilkan dari qubit diukur.
- Analisis Matematis: Menganalisis sifat kuantum ini memberikan wawasan tentang keseluruhan sistem, termasuk detail tentang struktur molekul.
Pendekatan ini mencerminkan proses NMR yang digunakan di laboratorium, yang melibatkan penyenggolan molekul dengan gelombang elektromagnetik dan menganalisis reaksi untuk menentukan posisi relatif atom—yang pada dasarnya bertindak sebagai “penggaris molekul”. Dengan meniru proses ini dengan qubit, peneliti berpotensi “melihat antar atom” yang berjauhan.
Performa dan Potensi
Tim memperkirakan bahwa menjalankan protokol serupa pada superkomputer konvensional akan memakan waktu sekitar 13.000 kali lebih lama. Selain itu, kemampuan untuk mencapai hasil yang sama pada dua komputer kuantum yang berbeda menunjukkan keandalan dan konsistensi protokol Quantum Echoes. Peningkatan ini sebagian besar disebabkan oleh peningkatan pada perangkat keras Willow, khususnya pengurangan tingkat kesalahan qubit.
Keterbatasan Saat Ini dan Prospek Masa Depan
Meskipun menjanjikan, pekerjaan tim masih dalam tahap awal. Eksperimen saat ini hanya memanfaatkan hingga 15 qubit dan hasilnya masih dapat direplikasi dengan metode konvensional. Apalagi, hasilnya belum melalui proses peer review formal.
Para ahli sepakat bahwa penerapan Quantum Echoes ini memberikan banyak harapan, meskipun kegunaannya saat ini terbatas pada studi biologi khusus. Menciptakan hubungan antara teknik yang sudah ada seperti NMR dan komputasi kuantum merupakan langkah maju yang penting. Namun, kemajuan yang berkelanjutan memerlukan mengatasi keterbatasan dan menunjukkan keunggulan yang jelas dibandingkan metode yang ada.
Para peneliti fokus pada pengurangan tingkat kesalahan qubit dan peningkatan jumlah qubit yang digunakan dalam protokol, sehingga memungkinkan analisis molekul yang semakin besar dan kompleks. Tujuan utamanya adalah menjadikan teknik ini alat yang berharga bagi para ilmuwan di berbagai bidang.
Pertanyaan tentang penentuan struktur molekul adalah pertanyaan yang sangat penting dan relevan. Menciptakan hubungan antara teknik yang sudah ada seperti NMR dan penghitungan yang dilakukan pada komputer kuantum merupakan langkah penting, namun untuk saat ini, kegunaan teknik ini mungkin akan terbatas pada studi yang sangat terspesialisasi di bidang biologi. — Keith Fratus, Simulasi Kuantum HQS
Pencarian terhadap aplikasi komputer kuantum terus berlanjut, dan meskipun Quantum Echoes on Willow merupakan demonstrasi eksperimental yang mengesankan, penggunaannya secara luas bergantung pada mengatasi keterbatasan saat ini dan pada akhirnya membuktikan keunggulannya dibandingkan metode konvensional. Sampai saat itu, ia tetap menjadi alat yang berharga bagi para ahli teori fisika yang terlibat dalam studi fundamental sistem kuantum.
