Komputer Kuantum Bisa Lebih Dingin dari Ruang Angkasa, Ini Penjelasannya

Sebagian tempat terdingin di alam semesta bukanlah planet yang jauh atau titik kosong di antara galaksi. Tempat itu ada di Bumi, di dalam sebuah laboratorium. Ruang angkasa dalam berada pada sekitar 2,7 Kelvin (454,8 derajat di bawah nol Fahrenheit), sisa cahaya Big Bang, menurut Space.com. Sistem kriogenik modular terbaru IBM didinginkan hingga di bawah 15 milikelvin, yang oleh perusahaan digambarkan lebih dari 180 kali lebih dingin daripada ruang angkasa dalam. Suhu itu hanya sedikit di atas nol mutlak.

Pertanyaannya, bagaimana IBM membuat mesin yang lebih dingin daripada ruang angkasa dalam, dan mengapa repot-repot melakukannya? Jawabannya dimulai dari benda yang didinginkan: qubit.

Apa itu qubit dan bedanya dengan bit

Komputer biasa menghitung dengan bit: sakelar kecil yang bernilai 1 atau 0, menyala atau mati. Qubit lebih mirip tombol putar daripada sakelar. Qubit dapat berada di banyak posisi berbeda di antara menyala dan mati. Perbedaannya bisa dibayangkan seperti perbedaan antara sakelar lampu dan tombol peredup cahaya. Selain itu, setiap qubit memiliki "arah" yang membawa informasi. Jadi, sementara bit hanya menyala atau mati, qubit dapat menyimpan sejumlah nilai dalam dua arah berbeda.

Bit juga bekerja sendiri-sendiri: masing-masing menyala atau mati secara terpisah. Qubit dapat saling terhubung, sehingga apa yang diketahui tentang satu qubit memberi petunjuk tentang qubit lainnya. Bayangkan sebuah panel tombol putar yang terhubung, ketika satu diputar maka yang lain ikut bergeser.

Komputer kuantum menjalankan algoritma yang dirancang agar jawaban salah saling menghapus dan jawaban benar yang tersisa, seperti gelombang di danau yang saling meniadakan di beberapa titik dan menumpuk di titik lain. Persoalannya, tombol-tombol itu sangat rapuh. Gangguan dari luar menyebar ke semuanya dan menaikkan peluang jawaban salah. Di sinilah suhu dingin berperan.

Mengapa panas merusak qubit

Untuk memahami mengapa komputer kuantum membutuhkan kondisi terdingin, mulai dari pertanyaan sederhana: apa itu panas? Panas adalah energi dalam bentuk gerak. Saat berdiri di bawah matahari, molekul dalam tubuh menyerap sebagian energinya dan mulai bergetar lebih cepat. Rasa hangat yang dirasakan adalah getaran kecil yang meningkat.

Qubit begitu rapuh sehingga energi sekecil apa pun dapat melemparnya keluar dari keadaannya, mengganggu cara qubit saling berinteraksi. Kehilangan ini disebut dekoherensi, dan meningkatkan peluang jawaban salah. Semakin banyak energi yang diterima komputer kuantum, semakin berkurang akurasi perhitungannya. Karena itu IBM dan perusahaan komputasi kuantum lain berupaya sedekat mungkin dengan nol mutlak, agar panas yang mengacaukan qubit sesedikit mungkin.

Cara kerja lemari pendingin dilusi

Jika pernah melihat komputer kuantum, kemungkinan besar bentuknya seperti lampu gantung fiksi ilmiah, menggantung ke bawah dan makin sempit di bagian bawah. Itulah lemari pendingin dilusi, tumpukan pelat logam yang masing-masing lebih dingin daripada pelat di atasnya. Bagian atas berada pada suhu ruangan. Bagian bawah adalah titik terdingin dalam mesin, dan prosesor tergantung tepat di sana.

Namun ada kendala. Kabel yang mengendalikan qubit berasal dari suhu ruangan, dan kabel menghantarkan panas, sehingga setiap kabel membawa kehangatan menuju benda yang justru ingin dilindungi lemari pendingin itu. Ini menimbulkan paradoks: semakin banyak qubit dalam mesin, semakin banyak kabel yang dibutuhkan, dan mesin semakin hangat.

Tidak semua komputer kuantum butuh lemari raksasa

Tidak semua komputer kuantum dibangun dengan lemari pendingin raksasa. Mesin atom netral, seperti yang dibuat QuEra, memerangkap atom individual dalam ruang vakum kecil dan memakai laser untuk mendinginkannya hingga suhu mikrokelvin, lebih dingin daripada yang bisa dicapai lemari pendingin mana pun. Dinding ruang dan peralatan di sekitarnya tetap pada suhu ruangan. Masalah kabel sebagian besar hilang karena tidak ada tumpukan dingin yang harus dilewati kabel.

Mesin fotonik, yang memakai partikel cahaya sebagai qubit, serupa: banyak bagiannya beroperasi pada suhu ruangan, tetapi detektor foton tunggal biasanya tetap memerlukan pendinginan. Setiap pendekatan menukar masalah pendinginan dengan masalah lain, seperti memerangkap ribuan atom atau mendeteksi foton tunggal secara andal.

Dampaknya bagi kata sandi dan bitcoin

Lalu apa yang terjadi setelah masalah pendinginan terpecahkan dan tersedia komputer kuantum yang berfungsi serta tepercaya? Seperti sebagian besar lompatan teknologi, ada manfaat nyata dan bahaya nyata. Komputer kuantum tidak lebih cepat untuk segala hal, tetapi untuk persoalan tertentu, misalnya simulasi molekul untuk obat baru, kinerjanya bisa jauh lebih cepat. Mesin ini juga berpotensi memecahkan enkripsi kunci publik yang melindungi akun dan bitcoin.

Estimasi Google Quantum AI pada 2025 menempatkan biaya memecahkan kunci RSA-2048 standar pada kurang dari 1 juta qubit bising, turun dari 20 juta pada 2019. Makalah Google pada 2026 menempatkan skema tanda tangan bitcoin pada kurang dari 500.000 qubit. Mesin hari ini memiliki ratusan hingga ribuan qubit, sehingga hal itu tidak akan terjadi besok. Solusinya pun sudah ada: National Institute of Standards and Technology (NIST) merampungkan standar enkripsi pascakuantum pertamanya pada Agustus 2024 dan menyatakan standar itu siap digunakan segera.

Untuk saat ini, bagian tersulit bukanlah apa yang akan dilakukan komputer kuantum setelah berfungsi. Bagian tersulit adalah menjaganya tetap cukup dingin agar bisa berfungsi sama sekali.

Sumber: Engadget