Microsoft Buka Pusat Riset Kuantum untuk Uji Chip Majorana 2

Microsoft resmi membuka pusat penelitian komputasi kuantum di Maryland, Amerika Serikat, sebagai bagian dari upayanya mempercepat pengembangan komputer kuantum berskala besar. Fasilitas yang berlokasi di lingkungan University of Maryland (UMD) ini akan menjadi tempat pengujian teknologi kuantum topologis Microsoft oleh Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), lembaga penelitian di bawah Departemen Pertahanan Amerika Serikat.

Melalui fasilitas tersebut, DARPA memperoleh akses langsung untuk menguji salah satu teknologi komputasi kuantum terbaru Microsoft, termasuk chip Majorana 2 yang dirancang menggunakan pendekatan qubit topologis. Teknologi ini dikembangkan untuk mengurangi tingkat kesalahan dalam komputasi kuantum, yang selama ini menjadi salah satu tantangan terbesar dalam mewujudkan komputer kuantum yang dapat digunakan secara luas.

Pusat penelitian yang memiliki luas sekitar 15.000 kaki persegi atau setara dengan 1.394 meter persegi tersebut dibangun di Discovery District, University of Maryland. Fasilitas ini tidak hanya digunakan untuk penelitian internal Microsoft, tetapi juga menyediakan laboratorium bagi perusahaan mitra, area pengujian khusus DARPA, serta ruang pelatihan yang memungkinkan mahasiswa, peneliti, dan tenaga profesional bekerja langsung dengan perangkat keras kuantum.

Dalam pengumuman melalui blog resminya, Microsoft menjelaskan bahwa pembangunan fasilitas ini merupakan hasil kolaborasi dengan University of Maryland, Capital of Quantum Initiative yang didukung pemerintah negara bagian Maryland, serta sejumlah perusahaan dan mitra industri.

Pembukaan pusat penelitian ini menjadi bagian dari strategi Microsoft untuk mengembangkan ekosistem komputasi kuantum yang mengintegrasikan penelitian, pengembangan perangkat keras, perangkat lunak, pendidikan, dan pengujian independen. Keterlibatan DARPA juga memberikan kesempatan bagi teknologi Majorana 2 untuk dievaluasi oleh pihak eksternal yang memiliki keahlian dalam berbagai bidang komputasi kuantum.

Microsoft Perkuat Penelitian Kuantum Bersama DARPA

Kehadiran DARPA di pusat penelitian Maryland menjadi salah satu bagian penting dalam proses evaluasi teknologi komputasi kuantum Microsoft. Melalui fasilitas tersebut, DARPA akan memperoleh akses penuh terhadap sistem kuantum topologis Microsoft untuk melakukan pengujian secara langsung.

Menurut Dr. Charles Tahan, Partner Microsoft Quantum, akses tersebut diberikan sebagai bagian dari program Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing. Program ini bertujuan mengevaluasi berbagai pendekatan komputasi kuantum yang berpotensi menghasilkan komputer kuantum berskala besar dan dapat digunakan untuk menyelesaikan pekerjaan komputasi yang bermanfaat.

Program tersebut merupakan bagian dari Quantum Benchmarking Initiative, sebuah inisiatif DARPA yang dirancang untuk menilai kemampuan berbagai teknologi komputasi kuantum dalam mencapai tingkat kegunaan komersial pada 2033.

Microsoft menjadi salah satu perusahaan yang telah mencapai tahap akhir dalam program pengembangan komputer kuantum berskala besar tersebut. Pencapaian ini menempatkan teknologi yang dikembangkan Microsoft dalam proses evaluasi lebih lanjut untuk mengukur potensinya dalam menghadirkan sistem komputasi kuantum yang dapat digunakan secara praktis.

Selain Microsoft, proses evaluasi juga melibatkan sejumlah lembaga penelitian dan institusi pemerintah Amerika Serikat. Beberapa di antaranya adalah Air Force Research Laboratory, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, serta laboratorium nasional seperti Los Alamos, Oak Ridge, Lawrence Berkeley, dan Lawrence Livermore.

Keterlibatan berbagai lembaga tersebut memperlihatkan bahwa pengembangan komputer kuantum membutuhkan kolaborasi lintas disiplin, mulai dari fisika, rekayasa perangkat keras, sistem kendali, hingga pengembangan perangkat lunak.

Pembukaan pusat penelitian di Maryland sekaligus memperkuat kerja sama Microsoft dengan pemerintah negara bagian dan University of Maryland yang telah diumumkan sekitar satu tahun sebelumnya.

Melalui Capital of Quantum Initiative yang diprakarsai Gubernur Maryland Wes Moore, pemerintah negara bagian mengakuisisi dan merenovasi fasilitas Discovery Center. Microsoft, University of Maryland, dan Capital of Quantum Initiative kemudian bekerja sama merancang pusat penelitian kuantum yang dilengkapi berbagai infrastruktur untuk mendukung pengembangan teknologi tersebut.

Microsoft menyatakan bahwa fasilitas ini akan digunakan untuk mendukung penelitian, integrasi teknologi mitra, pelatihan tenaga kerja, serta kolaborasi dengan pemerintah. Selain itu, pusat penelitian tersebut juga menyediakan ruang untuk pengembangan prototipe kuantum dan pengujian berbagai komponen yang dapat diintegrasikan dengan platform perangkat lunak Microsoft.

Dengan tersedianya fasilitas tersebut, perusahaan mitra dapat menguji perangkat keras dan teknologi yang mereka kembangkan secara langsung. Hal ini diharapkan dapat membantu mempercepat proses integrasi berbagai teknologi kuantum ke dalam satu ekosistem yang saling terhubung.

Chip Majorana 2 Jadi Fokus Pengujian Independen

Salah satu teknologi utama yang akan diuji di pusat penelitian Maryland adalah Majorana 2, chip kuantum topologis generasi kedua yang dikembangkan Microsoft.

Chip ini menggunakan pendekatan topological qubits atau qubit topologis, yaitu teknologi yang dirancang untuk meningkatkan ketahanan informasi kuantum terhadap gangguan dan mengurangi beban koreksi kesalahan dalam proses komputasi.

Pada komputer konvensional, informasi diproses menggunakan bit yang memiliki nilai 0 atau 1. Sementara itu, komputer kuantum menggunakan qubit yang dapat berada dalam kombinasi keadaan kuantum. Karakteristik ini memungkinkan komputer kuantum memproses jenis permasalahan tertentu dengan pendekatan yang berbeda dari komputer klasik.

Namun, qubit sangat sensitif terhadap gangguan lingkungan. Kebisingan, perubahan suhu, dan ketidaksempurnaan operasional dapat mengganggu keadaan kuantum dan menyebabkan kesalahan selama proses komputasi berlangsung.

Untuk mengatasi persoalan tersebut, komputer kuantum membutuhkan mekanisme quantum error correction atau koreksi kesalahan kuantum. Mekanisme ini memungkinkan sistem mendeteksi dan memperbaiki kesalahan agar hasil perhitungan tetap dapat diandalkan.

Microsoft mengembangkan qubit topologis dengan tujuan mengurangi kerentanan terhadap gangguan tersebut. Pendekatan ini diharapkan dapat membantu menyederhanakan proses koreksi kesalahan sehingga pengembangan komputer kuantum berskala besar menjadi lebih memungkinkan.

Microsoft memperkenalkan Majorana 2 sebagai chip generasi kedua dengan susunan material baru yang menggantikan aluminium dengan timbal atau lead. Perusahaan mengklaim perubahan material tersebut dapat meningkatkan kinerja perangkat kuantum yang dikembangkan.

Meski demikian, teknologi qubit topologis Microsoft masih menjadi perhatian dan bahan diskusi di kalangan ilmuwan. Sejumlah peneliti mempertanyakan klaim perusahaan, terutama terkait bukti eksperimental yang mendukung keberhasilan pendekatan tersebut.

Oleh karena itu, pengujian independen oleh DARPA menjadi bagian penting dalam proses evaluasi teknologi Majorana 2. Melalui akses langsung terhadap perangkat keras Microsoft, tim penguji eksternal dapat mengevaluasi berbagai aspek sistem, termasuk perangkat keras, sistem kendali, perangkat lunak, dan penerapan teknologi.

Microsoft memandang pengujian independen sebagai langkah penting untuk mengukur sejauh mana teknologi qubit topologis dapat dikembangkan menjadi komputer kuantum yang memiliki nilai ekonomi dan mampu menyelesaikan permasalahan nyata.

Hasil evaluasi ini juga dapat memberikan gambaran lebih jelas mengenai kemampuan dan keterbatasan teknologi yang dikembangkan Microsoft. Dengan demikian, pengembangan komputer kuantum tidak hanya bergantung pada klaim produsen, tetapi juga dapat dinilai melalui proses pengujian oleh pihak eksternal.

Tantangan Mengembangkan Komputer Kuantum Berskala Besar

Meskipun teknologi komputasi kuantum mengalami kemajuan dalam beberapa tahun terakhir, pengembangannya masih menghadapi sejumlah tantangan teknis yang kompleks.

Salah satu tantangan terbesar adalah menciptakan komputer kuantum yang toleran terhadap kesalahan atau fault-tolerant quantum computer. Sistem semacam ini harus mampu mempertahankan keandalan komputasi meskipun terdapat kesalahan pada qubit fisik selama proses perhitungan.

Komputer kuantum yang dapat digunakan secara luas membutuhkan kemampuan untuk melakukan koreksi kesalahan secara berulang tanpa mengganggu keseluruhan proses komputasi. Selain itu, sistem juga harus mampu mempertahankan stabilitas qubit dalam kondisi operasional yang kompleks.

Hingga saat ini, industri komputasi kuantum belum berhasil menghadirkan mesin toleran terhadap kesalahan yang dapat digunakan secara luas dan secara konsisten mengungguli komputer klasik dalam pekerjaan komersial yang penting.

Microsoft berupaya mengatasi tantangan tersebut melalui pengembangan qubit topologis dan berbagai teknologi pendukungnya. Perusahaan menargetkan terciptanya sistem yang mampu menangani pekerjaan komputasi kompleks yang berada di luar kemampuan komputer konvensional.

Di sisi lain, Microsoft juga tidak membatasi pengembangan platformnya hanya pada teknologi qubit topologis. Perusahaan berupaya membangun infrastruktur yang dapat mendukung berbagai jenis perangkat keras kuantum melalui lapisan perangkat lunak dan sistem yang dapat digunakan bersama.

Strategi tersebut memungkinkan pengembang perangkat keras, pengembang perangkat lunak, dan pengguna akhir mengeksplorasi berbagai teknologi kuantum tanpa harus bergantung pada satu jenis arsitektur perangkat keras.

Pusat penelitian Maryland akan menjadi tempat bagi perusahaan mitra untuk menguji kompatibilitas teknologi mereka dengan platform kuantum Microsoft. Perusahaan yang mengembangkan perangkat keras dapat memanfaatkan fasilitas tersebut untuk mengintegrasikan mesin atau komponen kuantum, sementara pengembang perangkat lunak dapat mengeksplorasi potensi aplikasi yang dapat dijalankan melalui sistem tersebut.

Pendekatan ini diharapkan dapat memperluas ekosistem komputasi kuantum Microsoft sekaligus membuka peluang kolaborasi dengan berbagai perusahaan dan lembaga penelitian.

Microsoft Siapkan Laboratorium Pelatihan Perangkat Keras Kuantum

Selain mendukung penelitian dan pengujian teknologi, pusat penelitian Maryland juga akan digunakan untuk mengembangkan sumber daya manusia melalui fasilitas quantum hardware makerspace.

Laboratorium ini dirancang untuk memberikan kesempatan kepada mahasiswa, peneliti, tenaga pendidik, dan profesional dari berbagai bidang teknis untuk mempelajari komputasi kuantum melalui praktik langsung menggunakan perangkat keras.

Microsoft menyebutkan bahwa mitra awal dalam program ini mencakup AMD, Bluefors, Intel, IQM, Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), Riverlane, dan Quantum Motion.

Perusahaan-perusahaan dan lembaga tersebut diharapkan dapat memberikan dukungan berupa akses terhadap perangkat keras, keahlian teknis, serta pengalaman praktis yang dibutuhkan dalam pengembangan teknologi kuantum.

Berbeda dengan program pendidikan komputasi kuantum yang umumnya lebih berfokus pada teori dan pemrograman, fasilitas ini akan memberikan pengalaman langsung kepada peserta dalam menghadapi berbagai persoalan teknis.

Peserta akan mempelajari berbagai tahapan pengembangan perangkat keras kuantum, mulai dari menentukan desain sistem, memilih parameter pengukuran, hingga menganalisis hasil eksperimen yang tidak sesuai dengan perkiraan.

Melalui pendekatan tersebut, peserta diharapkan dapat memahami bagaimana berbagai komponen perangkat keras kuantum bekerja dan saling terhubung dalam sebuah sistem komputasi. 

Microsoft juga menjalin kerja sama dengan Fermilab untuk memperluas penggunaan teknologi kendali kuantum pada berbagai platform perangkat keras.

Bersama University of Maryland, kedua pihak tengah mengeksplorasi pemanfaatan Quantum Instrumentation Control Kit (QICK), sebuah perangkat instrumentasi yang dikembangkan Fermilab untuk membantu proses pengendalian dan pengukuran sistem kuantum.

Teknologi kendali dan pengukuran merupakan bagian penting dalam pengoperasian komputer kuantum. Sistem ini membutuhkan perangkat khusus untuk mengatur keadaan qubit, menjalankan operasi komputasi, serta mengukur hasil eksperimen secara akurat.

Pengoperasian komputer kuantum juga membutuhkan berbagai peralatan khusus, seperti perangkat kriogenik untuk menghasilkan suhu yang sangat rendah, laser, perangkat elektronik kendali, serta prosedur kalibrasi yang kompleks.

Kondisi tersebut membuat industri komputasi kuantum membutuhkan tenaga kerja dengan keterampilan lintas disiplin, termasuk fisika, teknik, elektronika, sistem kendali, dan perangkat lunak.

Microsoft berharap fasilitas makerspace di Maryland dapat menjadi model pelatihan yang bisa diterapkan secara lebih luas. Materi pembelajaran, pengalaman eksperimen, dan kurikulum yang dikembangkan melalui program tersebut diharapkan dapat mendukung pendidikan komputasi kuantum di berbagai institusi.

Kembangkan Komputasi Kuantum Berbasis Pengukuran

Pusat penelitian Maryland juga akan menjadi lokasi pengembangan measurement-based quantum computing, yaitu pendekatan komputasi kuantum yang menggunakan hasil pengukuran untuk menentukan operasi berikutnya dalam suatu proses perhitungan.

Dalam pendekatan ini, pengukuran memiliki peran yang lebih luas daripada sekadar membaca hasil akhir komputasi. Hasil pengukuran juga digunakan untuk menentukan tahapan pemrosesan selanjutnya sehingga menjadi bagian dari mekanisme pengoperasian sistem kuantum.

Microsoft berencana mengadakan lokakarya tahunan yang berfokus pada peningkatan kecepatan dan akurasi pengukuran, pengembangan kode koreksi kesalahan, serta penyempurnaan metode verifikasi dan validasi sistem kuantum.

Kegiatan ini ditujukan untuk mendukung penelitian dan pengembangan teknologi yang dapat meningkatkan keandalan komputer kuantum.

Kecepatan pengukuran menjadi salah satu faktor penting karena komputer kuantum yang menerapkan koreksi kesalahan harus mampu mendeteksi gangguan dan menentukan tindakan korektif dalam waktu yang tepat. Jika proses tersebut berlangsung terlalu lambat, kesalahan dapat menyebar dan memengaruhi hasil perhitungan.

Selain menyelenggarakan lokakarya, Microsoft juga akan mendanai program posisi pascadoktoral kuantum pertamanya di University of Maryland. Program tersebut akan mendukung penelitian dalam bidang yang menjadi kepentingan bersama antara Microsoft dan para dosen universitas.

Dukungan ini diharapkan dapat memperkuat hubungan antara penelitian akademis dan pengembangan teknologi industri, khususnya dalam bidang pengukuran, koreksi kesalahan, dan verifikasi sistem kuantum.

Melalui kolaborasi tersebut, Microsoft berupaya memperluas penelitian mendasar sekaligus mendukung pengembangan teknologi yang dapat diterapkan dalam sistem komputasi kuantum pada masa mendatang.

Integrasi Platform Azure dan Pengembangan Qubit Logis

Selain berfokus pada perangkat keras, Microsoft juga terus mengembangkan platform komputasi kuantum berbasis Azure untuk mendukung kebutuhan pengembang dan peneliti. Platform tersebut menyediakan perangkat pengembangan, sistem operasi waktu nyata atau real-time operating system untuk komputer kuantum, serta dukungan terhadap berbagai jenis teknologi qubit.

Salah satu kerja sama yang menjadi bagian dari strategi tersebut adalah kolaborasi Microsoft dengan Atom Computing. Perusahaan ini menerapkan teknologi koreksi kesalahan Microsoft pada perangkat keras berbasis atom netral atau neutral-atom hardware.

Kedua perusahaan tengah mengembangkan mesin komputasi kuantum bernama Magne yang direncanakan memiliki 50 qubit logis atau logical qubits. Mesin tersebut dijadwalkan mulai beroperasi di QuNorth, Denmark, pada awal 2027, menurut Microsoft.

Qubit logis merupakan unit komputasi yang dibentuk dari beberapa qubit fisik melalui teknik koreksi kesalahan. Penggabungan ini bertujuan menghasilkan unit komputasi yang lebih stabil dan lebih tahan terhadap kesalahan dibandingkan penggunaan qubit fisik secara individual.

Pengembangan qubit logis menjadi salah satu tahapan penting dalam membangun komputer kuantum toleran terhadap kesalahan. Melalui teknologi ini, sistem diharapkan dapat menjalankan komputasi yang lebih kompleks dengan tingkat keandalan yang lebih tinggi.

Kolaborasi dengan Atom Computing juga menunjukkan bahwa Microsoft berupaya menerapkan teknologi koreksi kesalahannya pada berbagai jenis perangkat keras, bukan hanya sistem qubit topologis yang dikembangkan secara internal.

Di sisi perangkat lunak, Microsoft turut memperbarui Quantum Development Kit, perangkat pengembangan yang dirancang untuk membantu pengembang membangun aplikasi komputasi kuantum.

Microsoft menyatakan bahwa Quantum Development Kit kini dilengkapi pustaka analitik yang tersedia dalam versi private preview. Pustaka ini mencakup algoritma dan perangkat ilmu data yang ditujukan untuk mendukung analitik tingkat lanjut serta analisis data berskala besar.

Penambahan tersebut menjadi bagian dari upaya Microsoft memperluas kemampuan perangkat lunak kuantum sekaligus menyediakan berbagai perangkat pendukung bagi peneliti dan pengembang.