IBM Cloud Hadirkan Qiskit Runtime dengan Skema Pay-as-You-Go

Perkembangan teknologi komputasi terus bergerak menuju babak baru. Jika selama bertahun-tahun perusahaan mengandalkan komputasi berbasis CPU dan GPU untuk mengolah data dalam jumlah besar, kini komputasi kuantum mulai dipandang sebagai solusi masa depan untuk menyelesaikan persoalan yang jauh lebih kompleks. Melihat kebutuhan tersebut, IBM menghadirkan Qiskit Runtime, layanan komputasi kuantum berbasis cloud yang dirancang agar lebih cepat, lebih mudah digunakan, dan dapat diakses melalui model pembayaran pay-as-you-go atau bayar sesuai penggunaan.

Kehadiran Qiskit Runtime menjadi salah satu langkah penting dalam upaya membawa komputasi kuantum keluar dari lingkungan laboratorium menuju penggunaan yang lebih luas di kalangan peneliti, pengembang aplikasi, hingga perusahaan dari berbagai sektor industri. Dengan pendekatan baru ini, IBM ingin membuat teknologi kuantum tidak lagi menjadi sesuatu yang hanya dapat dimanfaatkan oleh ilmuwan fisika, tetapi juga oleh para pengembang perangkat lunak yang ingin memanfaatkan kemampuan komputasi kuantum dalam menyelesaikan berbagai tantangan bisnis.

Kebutuhan Komputasi Semakin Kompleks

Seiring meningkatnya volume data dan kompleksitas persoalan yang dihadapi berbagai organisasi, kebutuhan terhadap daya komputasi juga mengalami perubahan signifikan. Perusahaan kini tidak hanya membutuhkan layanan cloud yang mampu meningkatkan kapasitas komputasi secara elastis, tetapi juga memerlukan perangkat keras khusus yang mampu mempercepat proses pengolahan data.

Selama satu dekade terakhir, penggunaan Graphics Processing Unit (GPU) telah menjadi standar dalam berbagai aplikasi kecerdasan buatan, simulasi ilmiah, hingga analisis data berskala besar. Namun, sejumlah persoalan tertentu dinilai tetap sulit diselesaikan secara efisien menggunakan komputer klasik, bahkan oleh superkomputer paling canggih sekalipun.

Di sinilah Quantum Processing Unit (QPU) atau prosesor kuantum mulai menunjukkan potensinya. Dengan memanfaatkan prinsip mekanika kuantum, komputer kuantum mampu menjalankan algoritma tertentu yang diperkirakan dapat memberikan percepatan komputasi secara signifikan dibandingkan komputer konvensional.

IBM melihat perkembangan tersebut sebagai momentum untuk memperluas akses terhadap teknologi kuantum melalui layanan cloud yang lebih matang dan mudah digunakan.

Perjalanan IBM Membuka Akses Komputasi Kuantum

IBM menjadi salah satu perusahaan pertama yang membuka akses komputer kuantum melalui internet. Pada tahun 2016, perusahaan ini memungkinkan masyarakat umum mencoba komputer kuantum berbasis cloud, sebuah langkah yang saat itu dianggap revolusioner.

Sejak saat itu, lebih dari 400.000 pengguna mulai mempelajari dan bereksperimen dengan teknologi komputasi kuantum melalui platform IBM Quantum.

Setahun kemudian, IBM memperkenalkan Qiskit, sebuah software development kit (SDK) open source berbasis Python yang memudahkan pengembang membangun aplikasi kuantum tanpa harus membuat seluruh sistem dari awal.

Qiskit kemudian berkembang menjadi salah satu ekosistem komputasi kuantum terbesar di dunia. Platform ini digunakan oleh peneliti, akademisi, mahasiswa, hingga perusahaan untuk membuat, mengompilasi, dan menjalankan sirkuit kuantum pada perangkat keras IBM Quantum.

Namun, semakin kompleks aplikasi yang dibangun, semakin terlihat pula keterbatasan model eksekusi sebelumnya.

Tantangan Latensi pada Model Lama

Pada sistem terdahulu, pengguna mengirim satu sirkuit kuantum melalui API, kemudian menunggu hasilnya sebelum mengirim sirkuit berikutnya. Pendekatan tersebut cukup efektif untuk eksperimen sederhana, tetapi mulai menimbulkan berbagai kendala ketika digunakan untuk aplikasi berskala besar.

Perpindahan proses secara terus-menerus antara komputer klasik dan komputer kuantum menyebabkan latensi meningkat. Setiap permintaan harus melalui jaringan cloud, diproses secara bergantian, lalu dikembalikan ke pengguna.

Akibatnya, banyak aplikasi kuantum yang memerlukan pembaruan parameter secara berulang menjadi kurang efisien. Untuk mengatasi hambatan tersebut, IBM mengembangkan pendekatan baru melalui Qiskit Runtime.

Menghadirkan Model Pemrograman Baru

Qiskit Runtime merupakan kombinasi antara API baru dan model pemrograman modern yang dirancang khusus untuk menjalankan workload komputasi kuantum secara lebih efisien.

Alih-alih hanya mengirimkan sirkuit kuantum satu per satu, pengguna kini dapat mengirimkan keseluruhan program beserta seluruh dependensinya ke lingkungan cloud IBM.

Dengan pendekatan tersebut, sebagian besar proses dapat dijalankan lebih dekat dengan perangkat keras kuantum sehingga waktu tunggu berkurang secara signifikan. IBM menyebut pendekatan ini mampu meningkatkan efisiensi sekaligus mengurangi hambatan teknis yang sebelumnya dihadapi banyak pengembang.

Dirancang untuk Beragam Kalangan Pengembang

Salah satu perubahan paling penting dari Qiskit Runtime adalah perluasan target penggunanya.

Selama ini, mayoritas pengguna komputer kuantum merupakan kernel developer, yaitu pengembang yang memahami secara mendalam karakteristik perangkat keras kuantum, termasuk berbagai tantangan seperti noise dan teknik mitigasi kesalahan.

Kelompok ini membutuhkan akses ke berbagai fungsi dasar untuk melakukan optimasi maupun eksperimen terhadap sistem kuantum.

Namun, komunitas pengguna komputasi kuantum kini berkembang jauh lebih luas.

IBM melihat semakin banyak algorithm developer, yaitu pengembang yang lebih fokus memanfaatkan komputasi kuantum untuk menyelesaikan persoalan nyata di berbagai bidang, mulai dari kimia, kecerdasan buatan, optimasi logistik, simulasi material, hingga sektor keuangan.

Kelompok pengguna baru ini tidak terlalu tertarik memahami detail fisika kuantum atau karakteristik prosesor kuantum. Mereka lebih membutuhkan antarmuka yang sederhana agar dapat memanfaatkan kemampuan komputasi kuantum layaknya menggunakan layanan cloud modern.

Karena itu, Qiskit Runtime dirancang untuk menjembatani kebutuhan kedua kelompok tersebut.

Primitive Interface Permudah Pengembangan

Untuk menyederhanakan proses pembuatan aplikasi, IBM menghadirkan konsep primitive interface, yaitu sekumpulan antarmuka modular yang menangani berbagai proses dasar dalam komputasi kuantum.

Dengan pendekatan ini, pengembang tidak perlu lagi membangun seluruh alur kerja dari nol.

Primitive menjadi fondasi baru dalam pengembangan aplikasi kuantum sehingga pengembang cukup memanggil fungsi-fungsi tertentu tanpa harus memahami seluruh kompleksitas perangkat keras yang berada di belakangnya.

Pendekatan tersebut sekaligus menjadi bagian dari visi IBM menghadirkan pengalaman komputasi kuantum yang semakin intuitif.

Environment Eksekusi Berbasis Container

Qiskit Runtime juga dibangun menggunakan lingkungan eksekusi berbasis container, teknologi yang saat ini telah menjadi standar dalam pengembangan aplikasi cloud modern.

Melalui container, aplikasi kuantum dapat dijalankan secara konsisten pada berbagai lingkungan komputasi tanpa harus melakukan konfigurasi ulang. Pendekatan ini memungkinkan pengguna mengirim keseluruhan aplikasi beserta library dan dependensinya ke cloud, bukan hanya sirkuit kuantum semata.

Selain meningkatkan konsistensi, penggunaan container juga membantu mempercepat penyediaan sumber daya komputasi klasik yang diperlukan sebelum maupun setelah proses komputasi kuantum berlangsung.

IBM juga mengintegrasikan layanan error mitigation dan error suppression secara otomatis sehingga pengguna tidak lagi harus mengelola proses tersebut secara manual.

Hasil akhirnya adalah penurunan latensi sekaligus peningkatan akurasi komputasi.

Tersedia di IBM Cloud dengan Skema Pay-as-You-Go

Salah satu daya tarik utama Qiskit Runtime adalah model layanannya yang berbasis cloud.

IBM menghadirkan layanan ini melalui IBM Cloud sehingga pengguna dapat mengakses komputer kuantum berukuran lebih besar tanpa harus memiliki perangkat keras sendiri.

Perusahaan juga menerapkan sistem pembayaran pay-as-you-go, sehingga pelanggan hanya membayar kapasitas komputasi kuantum yang benar-benar digunakan.

Pendekatan ini membuat organisasi lebih mudah mengendalikan biaya operasional sekaligus menentukan pembagian beban kerja antara komputer klasik dan komputer kuantum.

Selain itu, pengguna dapat memanfaatkan berbagai layanan cloud IBM lainnya untuk membangun aplikasi hybrid yang menggabungkan kemampuan komputasi klasik dengan prosesor kuantum.

Estimator dan Sampler Jadi Primitive Pertama

Sebagai langkah awal, IBM memperkenalkan dua primitive utama, yakni Estimator dan Sampler.

Estimator digunakan untuk menghitung nilai ekspektasi suatu operator kuantum secara efisien. Kemampuan ini sangat penting dalam berbagai penelitian, termasuk simulasi struktur energi elektron, pengembangan material baru, penelitian magnetik, hingga machine learning kuantum.

Sementara itu, Sampler bertugas menjalankan sirkuit kuantum dan menghasilkan distribusi probabilitas sebagai keluarannya. Primitive ini menjadi komponen penting dalam berbagai algoritma pencarian, termasuk Algoritma Grover yang dikenal sebagai salah satu algoritma kuantum paling populer.

Menurut IBM, implementasi Qiskit Runtime mampu menghasilkan peningkatan performa yang sangat signifikan. Pada sejumlah workload tertentu, IBM mencatat percepatan komputasi hingga 120 kali lebih cepat dibandingkan metode sebelumnya.

Performa Prosesor Kuantum Terus Ditingkatkan

Di sisi perangkat keras, IBM juga terus mengembangkan prosesor kuantumnya melalui tiga indikator utama, yaitu skala, kualitas, dan kecepatan. 

Dari sisi skala, IBM telah menghadirkan prosesor Eagle dengan 127 qubit sebagai salah satu tonggak penting dalam roadmap pengembangan komputer kuantum.  Sementara itu, kualitas prosesor diukur menggunakan metrik Quantum Volume, yang menggambarkan kemampuan sistem menghasilkan keluaran yang akurat.

Adapun aspek kecepatan diukur menggunakan Circuit Layer Operations Per Second (CLOPS) yang menunjukkan kemampuan prosesor menjalankan operasi kuantum dalam satu detik.

Pengembangan tersebut menjadi bagian dari roadmap IBM menuju tercapainya Quantum Advantage, yaitu kondisi ketika komputer kuantum mampu menyelesaikan tugas tertentu secara lebih efektif dibandingkan komputer klasik.

Menuju Frictionless Quantum Computing

IBM memiliki visi jangka panjang menghadirkan frictionless quantum computing, yaitu pengalaman menggunakan komputasi kuantum yang semudah memanfaatkan layanan cloud modern.

Dalam konsep tersebut, pengguna cukup menulis kode, mengunggahnya ke cloud, lalu membiarkan sistem mengelola seluruh infrastruktur secara otomatis.

Komputasi kuantum nantinya akan tersedia dalam bentuk layanan serverless yang dapat melakukan penskalaan otomatis, memanfaatkan sumber daya klasik secara elastis, serta terintegrasi dengan berbagai platform cloud lainnya.

IBM bahkan membayangkan masa depan ketika prosesor kuantum dapat dimanfaatkan layaknya GPU pada aplikasi modern, sehingga pengembang cukup memilih jenis akselerator komputasi yang dibutuhkan tanpa harus memahami detail perangkat kerasnya.

Roadmap Pengembangan Masih Berlanjut

IBM memastikan pengembangan perangkat keras dan perangkat lunak kuantum akan terus berlanjut. Dalam roadmap perusahaan, IBM menargetkan hadirnya prosesor Osprey dengan 433 qubit dan Condor yang memiliki 1.121 qubit.

Di sisi perangkat lunak, Qiskit Runtime akan terus diperluas melalui penambahan primitive baru, integrasi yang lebih erat dengan komputasi berkinerja tinggi (High Performance Computing/HPC), serta dukungan terhadap dynamic circuits yang memungkinkan komputer klasik dan komputer kuantum bekerja secara real-time.

IBM juga ingin memperluas jangkauan pengguna dengan menghadirkan pengalaman pengembangan yang lebih sederhana bagi generasi baru model developer, yaitu pengembang yang fokus membangun aplikasi berbasis model kuantum tanpa harus memahami detail arsitektur perangkat keras.

Membuka Jalan Menuju Masa Depan Komputasi

Kehadiran Qiskit Runtime menunjukkan bahwa komputasi kuantum mulai bergerak dari tahap eksperimen menuju implementasi yang lebih praktis.

Dengan layanan berbasis cloud, model pembayaran sesuai penggunaan, serta antarmuka yang semakin mudah dipahami, hambatan untuk memanfaatkan teknologi kuantum menjadi semakin kecil.

Bagi dunia industri, pendekatan ini membuka peluang untuk mulai mengevaluasi bagaimana komputasi kuantum dapat dikombinasikan dengan infrastruktur komputasi klasik dalam menyelesaikan persoalan yang sebelumnya sulit ditangani.

Melalui pengembangan berkelanjutan pada perangkat keras, perangkat lunak, dan ekosistem cloud, IBM berharap semakin banyak perusahaan, institusi riset, universitas, hingga pengembang independen yang dapat memanfaatkan teknologi kuantum untuk mendorong inovasi di berbagai sektor.

Jika roadmap tersebut berjalan sesuai rencana, Qiskit Runtime bukan hanya menjadi layanan cloud biasa, melainkan fondasi menuju era baru komputasi, ketika komputer klasik dan komputer kuantum bekerja berdampingan untuk memecahkan tantangan paling kompleks di dunia.