Fisikawan China Tantang Kehebatan Kuantum Google

BEIJING - Sebuah tim di China mengklaim telah membuat demonstrasi definitif pertama dari quantum advantage -mengeksploitasi cara kerja kontra-intuitif dari mekanika kuantum untuk melakukan komputasi yang akan sangat lambat pada komputer klasik. (Baca juga: Ini Beberapa Cara Atur Kecerahan Layar pada Laptop atau Komputer)

Mereka telah menggunakan berkas sinar laser untuk melakukan perhitungan yang secara matematis terbukti tidak mungkin dilakukan pada komputer normal. Tim mencapai dalam beberapa menit apa yang akan memakan waktu setengah usia Bumi pada superkomputer terbaik yang ada.

Bertentangan dengan demonstrasi pertama Google tentang keunggulan kuantum, yang dilakukan tahun lalu, versinya hampir tidak dapat diserang oleh komputer klasik mana pun. Hasilnya muncul di Science pada 3 Desember.

“Kami telah menunjukkan bahwa kami dapat menggunakan foton, unit fundamental cahaya, untuk mendemonstrasikan kekuatan komputasi kuantum jauh melampaui padanan klasik,” kata Jian-Wei Pan dari Universitas Sains dan Teknologi China di Hefei, seperti dilaporkan Nature.com.

Dia menambahkan, penghitungan yang mereka lakukan -yang disebut masalah pengambilan sampel boson- bukan hanya sarana yang nyaman untuk mendemonstrasikan keunggulan kuantum. Tetapi memiliki aplikasi praktis potensial dalam teori grafik, kimia kuantum, dan pembelajaran mesin.

“Ini jelas merupakan eksperimen tour de force, dan tonggak penting,” kata Fisikawan. Ian Walmsley dari Imperial College London.

Keunggulan Kuantum
Tim di laboratorium akademis dan perusahaan telah berlomba-lomba untuk mendemonstrasikan keunggulan kuantum -istilah yang sekarang sebagian besar telah menggantikan 'supremasi kuantum' sebelumnya.

Tahun lalu, para peneliti di laboratorium komputasi kuantum Google di Santa Barbara, California, mengumumkan demonstrasi keunggulan kuantum yang pertama kali. Mereka menggunakan perangkat Sycamore canggih, yang memiliki 53 bit kuantum (qubit) yang terbuat dari sirkuit superkonduktor yang disimpan pada suhu sangat dingin2.

Tetapi beberapa peneliti kuantum membantah klaim tersebut, dengan alasan algoritma klasik lebih baik yang akan mengungguli kuantum dapat eksis. Dan para peneliti di IBM mengklaim superkomputer klasiknya dapat menjalankan algoritma yang ada untuk melakukan perhitungan sama dalam 2,5 hari.

Untuk mendemonstrasikan keunggulan kuantum secara meyakinkan, tidak mungkin metode klasik yang jauh lebih cepat dapat ditemukan untuk tugas yang sedang diuji. Tim Hefei, yang dipimpin oleh Pan dan Chao-Yang Lu, memilih masalah yang berbeda untuk peragaannya, yang disebut boson sampling. Ini dirancang pada tahun 2011 oleh dua ilmuwan komputer, Scott Aaronson dan Alex Arkhipov4, di Massachusetts Institute of Technology di Cambridge. Ini memerlukan perhitungan distribusi probabilitas banyak boson -kategori partikel fundamental yang mencakup foton- yang gelombang kuantumnya saling mengganggu dengan cara yang pada dasarnya mengacak posisi partikel.

Probabilitas mendeteksi boson pada posisi tertentu dapat dihitung dari persamaan di banyak faktor yang tidak diketahui.

200 Detik
Tetapi perhitungan dalam kasus ini adalah '# P-hard problem', yang bahkan lebih sulit daripada masalah NP-hard yang terkenal rumit, di mana jumlah solusi meningkat secara eksponensial dengan jumlah variabel. Untuk puluhan boson, Aaronson dan Arkhipov menunjukkan bahwa tidak ada jalan pintas klasik untuk perhitungan yang sangat panjang.

Komputer kuantum, bagaimanapun, dapat menghindari kalkulasi brute-force dengan mensimulasikan proses kuantum secara langsung -memungkinkan boson untuk mengganggu dan mengambil sampel distribusi yang dihasilkan. Untuk melakukan ini, Pan dan rekannya memilih untuk menggunakan foton sebagai qubit-nya. Mereka melakukan tugas tersebut pada komputer kuantum fotonik yang bekerja pada suhu kamar.

Mulai dari pulsa laser, para peneliti mengkodekan informasi dalam posisi spasial dan polarisasi keadaan foton tertentu -orientasi medan elektromagnetik foton. Status ini kemudian disatukan untuk mengganggu satu sama lain dan menghasilkan distribusi foton yang mewakili keluaran.

Tim tersebut menggunakan detektor foto yang mampu mendaftarkan foton tunggal untuk mengukur distribusi itu. Ini pada dasarnya menyandikan kalkulasi yang sangat sulit dilakukan secara klasik.

Dengan cara ini, Pan dan rekannya dapat menemukan solusi untuk masalah pengambilan sampel boson dalam 200 detik. Mereka memperkirakan ini akan memakan waktu 2,5 miliar tahun untuk menghitung superkomputer TaihuLight China - quantum advantage sekitar 1014.

Masalah Praktis
"Ini adalah pertama kalinya quantum advantage telah didemonstrasikan menggunakan cahaya atau fotonik," kata Christian Weedbrook, Kepala Eksekutif Startup Komputasi Kuantum Xanadu di Toronto, Kanada, yang berusaha membangun komputer kuantum praktis berdasarkan fotonik.

Walmsley menilai klaim keunggulan kuantum ini meyakinkan. “Karena (percobaan) sangat dekat dengan skema Aaronson – Arkiphov asli, kecil kemungkinannya algoritma klasik yang lebih baik dapat ditemukan,” katanya.

Namun, Weedbrook menunjukkan bahwa hingga saat ini, dan berbeda dengan Sycamore Google, sirkuit fotonik tim China tidak dapat diprogram, jadi pada titik ini "tidak dapat digunakan untuk memecahkan masalah praktis".

Tetapi dia, jika tim mampu membangun sebuah chip yang dapat diprogram cukup efisien, beberapa masalah komputasi yang penting dapat diselesaikan. :Di antaranya, memprediksi bagaimana protein menempel satu sama lain dan bagaimana molekul bergetar," kata Lu.

Weedbrook mencatat komputasi kuantum fotonik dimulai lebih lambat dari pendekatan lain, tetapi sekarang bisa "berpotensi melompat-lompat sisanya". Bagaimanapun, dia menambahkan, "Hanya masalah waktu sebelum komputer kuantum akan meninggalkan komputer klasik di dalam keterbelakangan." (Baca juga: Dikorupsi, Kemenkeu Bakal Awasi Ketat Bansos )