Transisi NISQ ke Utilitas: Lompatan Quantum Error Correction
- Rita Puspita Sari
- •
- 22 jam yang lalu

Ilustrasi Quantum Error Correction
Komputasi kuantum selama ini dikenal sebagai bidang yang menjanjikan revolusi besar dalam teknologi, namun juga penuh tantangan teknis, terutama dalam hal kesalahan kuantum. Kini, perusahaan teknologi kuantum terkemuka, Quantinuum, mengumumkan pencapaian besar yang bisa mengubah peta pengembangan komputer kuantum dunia. Mereka menyatakan telah berhasil menciptakan kumpulan gerbang kuantum universal (universal gate set) yang fault tolerant dan bisa diskalakan — sesuatu yang belum pernah berhasil dilakukan oleh organisasi mana pun sebelumnya.
Melalui dua makalah ilmiah dan unggahan blog resmi, Quantinuum menjelaskan bagaimana mereka berhasil menerobos hambatan utama dalam Quantum Error Correction dan memulai transisi dari era NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) ke komputasi kuantum skala utilitas.
Mengapa Quantum Error Correction Itu Penting?
Sebelum kita menyelami pencapaian Quantinuum, kita perlu memahami dulu latar belakangnya. Komputer kuantum, meski memiliki potensi sangat besar, sangat rentan terhadap kesalahan. Qubit — unit dasar dari informasi kuantum — sangat sensitif terhadap gangguan lingkungan seperti suhu, radiasi elektromagnetik, atau fluktuasi energi, yang bisa menyebabkan gangguan dalam perhitungan.
Karena itu, untuk menjadikan komputer kuantum benar-benar praktis dan berguna dalam industri, kita memerlukan fault-tolerant quantum computing, yakni sistem yang dapat mendeteksi dan memperbaiki kesalahan selama proses berlangsung. Hingga saat ini, belum ada sistem yang mampu menjalankan semua elemen komputasi kuantum secara universal dengan koreksi kesalahan penuh yang stabil.
Apa Itu “Universal Gate Set” dan Mengapa Penting?
Istilah universal gate set merujuk pada kumpulan gerbang logika kuantum yang memungkinkan semua bentuk perhitungan dilakukan, layaknya gerbang logika dalam komputer klasik seperti AND, OR, dan NOT.
Namun di dunia kuantum, ini tidak cukup hanya “bisa dihitung”. Kita juga butuh sistem yang:
- Universal: Dapat menjalankan semua bentuk algoritma kuantum.
- Fault-Tolerant: Dapat terus bekerja walau ada kesalahan (error) karena gangguan.
Quantinuum berhasil membuktikan bahwa mereka dapat menjalankan gerbang kuantum yang sudah dikoreksi dari kesalahan, dan hasilnya bahkan lebih baik dari gerbang fisik yang mentah — ini disebut pencapaian “break-even”.
Dua Teknologi Kunci: Magic State Distillation & Code Switching
Untuk mencapai sistem yang benar-benar fault-tolerant, Quantinuum mengandalkan dua teknologi utama:
- Magic State Distillation
Ini adalah teknik penting dalam komputasi kuantum. Magic state digunakan sebagai sumber daya untuk menjalankan non-Clifford gate— jenis operasi kuantum yang tidak bisa dibentuk hanya dengan operasi dasar (Clifford gates) dan sangat penting untuk mencapai universalitas.Dalam makalah pertamanya, Quantinuum menunjukkan bahwa mereka berhasil menghasilkan magic state dengan fidelitas (akurasi) tertinggi yang pernah dicapai, yakni dengan tingkat kesalahan hanya 5,1 x 10⁻⁴. Ini merupakan lompatan besar dari hasil eksperimen sebelumnya yang masih jauh lebih tinggi tingkat kesalahannya.
- Code Switching
Code switching adalah metode mengganti kode Quantum Error Correction selama proses komputasi agar tetap efisien dan akurat. Dalam studi kolaboratif dengan UC Davis yang tertuang di makalah kedua, mereka berhasil menunjukkan bahwa gerbang non-Clifford fault-tolerant bisa dijalankan hanya dengan 8 qubit saja, dan fidelitas gerbang logisnya lebih tinggi dibandingkan gerbang fisik aslinya.Ini adalah pencapaian luar biasa karena sebelumnya, pendekatan lain membutuhkan ratusan bahkan ribuan qubit untuk bisa melakukan hal serupa — belum lagi beban komputasinya yang sangat besar.
Bukti Nyata dari Dua Makalah Eksperimental
- Makalah Pertama: Fidelitas Magic State
- Menggunakan protokol hibrid dua kode koreksi kesalahan.
- Menghasilkan magic state dengan fidelitas sangat tinggi.
- Merupakan realisasi eksperimental pertama dari non-Clifford gate break-even.
- Makalah Kedua: Implementasi Efisien Fault-Tolerant Gate
- Kolaborasi dengan UC Davis.
- Gunakan kode pendeteksi kesalahan yang ringan dan hemat sumber daya.
- Hanya butuh 8 qubit, menjadikan implementasi sangat efisien dan layak untuk skala besar.
- Cocok untuk “pabrik magic state” masa depan.
Implikasi Teknologi: Dari Teori ke Praktik Industri
Dua makalah tersebut memberikan landasan teknologi yang sangat kuat bagi Quantinuum untuk melangkah lebih jauh ke komputasi kuantum nyata. Menurut mereka, sistem Quantum Error Correction yang mereka kembangkan bisa:
- Mengurangi kebutuhan qubit hingga 10 kali lebih sedikit dibandingkan perkiraan sebelumnya,
- Mempercepat realisasi aplikasi kuantum dalam industri nyata,
- Menjadi dasar teknologi untuk prosesor kuantum mereka selanjutnya,
- Helios, yang akan memiliki 98 qubit dan didesain khusus untuk menjalankan algoritma fault-tolerant.
Jika fidelitas qubit fisiknya terus meningkat, maka sistem ini bisa mencapai tingkat kesalahan 1 banding 10 miliar, bahkan di masa depan ditargetkan hingga 1 banding 10 triliun — tingkat akurasi yang luar biasa dalam dunia komputasi kuantum.
Menandai Peralihan dari Era NISQ ke Komputasi Skala Utilitas
NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) adalah fase awal dari komputer kuantum yang masih berisik dan belum stabil. Mayoritas sistem kuantum saat ini masih berada pada fase ini. Namun, Quantinuum menyatakan bahwa mereka telah melangkah keluar dari era NISQ, dan mulai memasuki era komputasi kuantum skala utilitas.
Apa itu komputasi skala utilitas?
Adalah fase di mana komputer kuantum benar-benar berguna dan dapat diandalkan untuk menjalankan aplikasi nyata di industri. Sistemnya sudah fault-tolerant, universal, dan dapat dijalankan dalam skala besar.
Quantinuum menargetkan untuk merilis komputer kuantum universal mereka, bernama Apollo, yang sepenuhnya fault-tolerant pada tahun 2029.
Quantinuum Pecahkan Batas: Non-Clifford Gate dan Magic State Super Akurat Jadi Kenyataan
1. Non-Clifford Fault Tolerant Gate: Tonggak Sejarah dalam Komputasi Kuantum
Dalam makalah riset pertamanya, Quantinuum memecahkan rekor dengan mendemonstrasikan non-Clifford Controlled-Hadamard gate (CH) secara fault-tolerant (tahan kesalahan) dengan akurasi lebih tinggi dari gerbang fisiknya.
Apa Itu Non-Clifford Gate?
Non-Clifford Gate merupakan komponen penting dalam algoritma kuantum yang kompleks. Salah satunya adalah Controlled-Hadamard Gate, yang bekerja seperti saklar kuantum: satu qubit akan menjalani operasi superposisi hanya jika qubit lainnya dalam kondisi aktif. Tanpa gerbang seperti ini, algoritma kuantum yang berguna seperti Shor atau algoritma kuantum kimia tidak bisa dijalankan secara efisien.
Namun, sayangnya, non-Clifford Gate sangat sulit dibuat dengan tingkat kesalahan rendah. Selama ini, satu-satunya cara untuk membuatnya tahan kesalahan adalah dengan metode yang memerlukan pabrikasi “magic state” secara besar-besaran—proses yang mahal dan memakan banyak sumber daya.
Pencapaian Quantinuum
Tim Quantinuum menggunakan delapan qubit untuk menghasilkan dua magic state logika, lalu menjalankan gerbang CH di atasnya. Dengan teknik koreksi kesalahan pintar menggunakan kode H6 [[6,2,2]]—kode kuantum kecil yang bisa mendeteksi satu kesalahan—mereka berhasil menurunkan tingkat kesalahan logika hingga 2,3×10⁻⁴, jauh lebih baik dari gerbang fisik CH biasa yang memiliki kesalahan sekitar 1×10⁻³.
Teknik ini disebut zero-level distillation sebuah metode efisien yang menghindari proses destilasi berulang-ulang yang kompleks dan mahal. Bahkan, dengan sistem verifikasi awal yang menyaring hasil gagal sebelum komputasi dijalankan, akurasi tetap terjaga tanpa beban tambahan besar.
Semua ini dijalankan di prosesor H1-1 milik Quantinuum yang berbasis trapped-ion, salah satu arsitektur paling stabil dalam komputasi kuantum saat ini.
Keunggulan Metode Ini
- Minim Qubit: Hanya memerlukan 6 qubit fisik per 2 qubit logika.
- Efisiensi Tinggi: Tidak perlu destilasi bertingkat.
- Akurasi Tinggi: Infidelitas hanya 7×10⁻⁵.
- Dapat Diskalakan: Bisa digunakan untuk kode yang lebih kompleks di masa depan.
- Stabil dalam Uji Berulang: Operasi logika Ry(π/4) tetap stabil meskipun dijalankan berulang kali.
2. Magic State Melewati Ambang “Break-Even”
Dalam makalah riset keduanya, Quantinuum menunjukkan bahwa mereka kini bisa menciptakan magic state logika yang kualitasnya lebih tinggi daripada kualitas operasi fisik dasar yang digunakan untuk membuatnya. Ini disebut pencapaian “break-even”—tonggak penting dalam Quantum Error Correction .
Apa Itu Magic State?
Magic state adalah status kuantum khusus yang dibutuhkan untuk menjalankan operasi non-Clifford secara tahan kesalahan. Namun, untuk membuat magic state berkualitas tinggi, biasanya dibutuhkan proses destilasi berulang dan kompleks, yang menjadi penghambat utama dalam mewujudkan komputer kuantum praktis.
Terobosan Baru dari Quantinuum
Quantinuum menghindari metode rumit tersebut dengan pendekatan hibrida cerdas:
- Magic state dibuat dalam kode warna dua dimensi (2D color code).
- Kemudian dipindahkan ke kode Steane melalui teknik code switching.
- Lalu dilakukan verifikasi awal saja—tanpa perlu tahap destilasi bertingkat.
- Hasilnya, mereka menghasilkan magic state dengan fidelitas sebesar 0,99949 atau infidelitas hanya 5,1×10⁻⁴. Ini artinya, status yang dihasilkan lebih akurat dari proses fisik pembentuknya—sebuah capaian yang belum pernah terjadi sebelumnya.
Metode Verifikasi Andal
Untuk memastikan akurasi hasilnya, tim Quantinuum menggunakan dua metode pengukuran:
- Tomografi status kuantum: Mengukur satu salinan status secara penuh.
- Pengukuran basis Bell: Menggunakan dua salinan magic state secara bersamaan untuk mengukur “kemurnian” status.
Hasil dari kedua metode ini lebih akurat dari metode verifikasi lain yang pernah digunakan sebelumnya, bahkan yang memakai sumber daya lebih besar sekalipun.
Skalabilitas dan Efisiensi
Eksperimen dijalankan di prosesor H2-1 milik Quantinuum, juga berbasis ion trapped, dengan kebutuhan:
- 28 qubit untuk satu salinan.
- 56 qubit untuk dua salinan saat pengukuran basis Bell.
Menariknya, satu kali destilasi saja sudah cukup untuk menurunkan error hingga di bawah 10⁻⁸, artinya beberapa aplikasi bahkan tidak memerlukan destilasi tambahan.
Manfaat & Aplikasi Masa Depan
Pencapaian Quantinuum bukan hanya relevan secara teoretis, tetapi punya implikasi besar untuk penerapan praktis.
Aplikasi:
- Kimia Kuantum: Untuk simulasi molekul kompleks secara presisi.
- Fisik Material: Dalam eksplorasi material baru dengan properti unik.
- Optimasi: Dalam logistik, keuangan, dan kecerdasan buatan.
- Kriptografi Kuantum: Dalam membangun sistem keamanan generasi berikutnya.
Dengan akurasi setinggi ini dan teknik yang minim sumber daya, Quantinuum telah membuka jalan menuju komputer kuantum universal yang dapat digunakan secara luas, bukan hanya di laboratorium.
Penutup
Tonggak sejarah yang dicapai oleh Quantinuum bukan hanya berita besar bagi para ilmuwan kuantum, tetapi juga tanda bahwa komputasi kuantum sedang bersiap untuk masuk ke fase revolusioner. Dengan error correction yang efisien, gerbang logis yang akurat, dan pendekatan sistemik yang bisa diskalakan, maka impian komputer kuantum universal bukan lagi angan-angan jauh.
Dua makalah riset Quantinuum ini tidak hanya menunjukkan pencapaian teknis semata, tetapi juga memperlihatkan strategi terukur dan efisien untuk mengatasi tantangan mendasar dalam komputasi kuantum. Untuk pertama kalinya, operasi logika kuantum bisa lebih baik daripada versi fisiknya sendiri. Ini bukan lagi sekadar teori—tapi eksperimen nyata.
Dengan pendekatan berbasis verifikasi efisien, penggunaan qubit minimal, serta teknik inovatif dalam pemrosesan dan konversi kode kuantum, Quantinuum telah membuktikan bahwa Quantum Error Correction bisa dilakukan secara praktis, efisien, dan akurat.
Dapat disimpulkan bahwa dunia kini semakin dekat dengan kehadiran komputer kuantum yang benar-benar bermanfaat secara luas—bukan hanya untuk riset, tetapi untuk menyelesaikan persoalan nyata yang tak bisa dipecahkan oleh komputer klasik.
Jika langkah-langkah ini terus berlanjut, dalam beberapa tahun ke depan, kita mungkin akan melihat komputer kuantum tahan kesalahan beroperasi di pusat-pusat data besar, menjalankan simulasi molekuler kompleks, mempercepat penemuan obat, dan membuka jalan bagi penemuan baru yang belum pernah kita bayangkan sebelumnya.