Mengenal Komputer Kuantum Fotonik dan Cara Kerjanya

Komputer kuantum selama ini identik dengan mesin berukuran besar yang harus beroperasi pada suhu mendekati nol mutlak. Namun, ada pendekatan berbeda yang mulai mendapat perhatian serius, yakni komputasi kuantum fotonik. Teknologi ini menggunakan foton atau partikel cahaya untuk membawa dan memproses informasi kuantum.

Pendekatan fotonik menawarkan kemungkinan menarik. Prosesor dapat bekerja pada suhu ruang dan memanfaatkan teknologi silicon photonics yang telah lama digunakan dalam industri komunikasi optik. Foton juga dapat dikirim melalui serat optik, sehingga komputer kuantum fotonik berpotensi menjadi bagian penting dari jaringan kuantum di masa depan.

Meski demikian, teknologi ini bukan tanpa masalah. Tantangan terbesar justru terletak pada bagaimana menghasilkan, mengendalikan, mendeteksi, dan mempertahankan foton agar tidak hilang selama proses komputasi.

Apa Itu Komputer Kuantum Fotonik?

Komputer kuantum fotonik adalah komputer kuantum yang menggunakan foton sebagai pembawa informasi kuantum. Jika komputer konvensional menggunakan bit yang bernilai 0 atau 1, komputer kuantum menggunakan qubit yang dapat berada dalam keadaan superposisi.

Dalam sistem fotonik, informasi kuantum dapat disimpan pada berbagai karakteristik cahaya. Misalnya, informasi dapat direpresentasikan melalui polarisasi foton, fase, waktu kedatangan, maupun jalur yang dilewati foton di dalam rangkaian optik.

Pilihan cara menyimpan informasi tersebut menghasilkan berbagai arsitektur komputer kuantum fotonik. Dua pendekatan yang paling banyak dibahas adalah Discrete Variable (DV) dan Continuous Variable (CV).

Pada pendekatan DV, informasi dikodekan pada karakteristik diskret sebuah foton, seperti polarisasi atau jalur. Sementara itu, CV menggunakan besaran kontinu pada medan cahaya, terutama amplitudo dan fase. Keduanya memiliki karakteristik dan tantangan masing-masing. Namun, ada satu persoalan fundamental yang harus dihadapi hampir semua sistem fotonik: kehilangan foton atau photon loss.

Bagaimana Cara Kerjanya?

Secara sederhana, komputer kuantum fotonik bekerja dengan menghasilkan foton, mengarahkannya melalui rangkaian optik, memanipulasi keadaan kuantumnya, kemudian mengukur hasilnya. 

Komponen seperti beam splitter dan phase shifter menjadi bagian penting dalam proses tersebut. Beam splitter dapat membagi atau menggabungkan jalur cahaya, sedangkan phase shifter mengubah fase cahaya. Ketika komponen-komponen tersebut disusun menjadi sirkuit interferometri, keadaan kuantum foton dapat dimanipulasi untuk menjalankan operasi kuantum.

Masalahnya, foton tidak mudah berinteraksi satu sama lain. Padahal, komputer kuantum membutuhkan operasi yang melibatkan lebih dari satu qubit untuk menjalankan algoritma yang kompleks.

Dalam sistem optik linear, interaksi dua qubit sering kali tidak terjadi secara langsung dan deterministik. Karena itu, para peneliti menggunakan berbagai teknik tambahan, termasuk foton ancilla, pengukuran, dan koreksi berbasis hasil pengukuran.

Tujuannya adalah membuat operasi kuantum menjadi lebih andal dan pada akhirnya memungkinkan sistem mencapai kondisi fault-tolerant, yaitu mampu melakukan komputasi dalam skala besar meskipun terdapat kesalahan pada perangkat keras.

Mengapa Foton Menarik untuk Komputasi Kuantum?

Salah satu daya tarik terbesar teknologi fotonik adalah kebutuhan pendinginan yang relatif berbeda dari komputer kuantum berbasis superkonduktor. Qubit superkonduktor biasanya harus ditempatkan dalam dilution refrigerator dan didinginkan hingga suhu beberapa milikelvin. Sistem pendingin tersebut berukuran besar dan menjadi salah satu tantangan infrastruktur ketika jumlah qubit diperbanyak.

Sebaliknya, sebagian besar komponen pemrosesan fotonik dapat beroperasi pada suhu ruang.

Namun, hal ini bukan berarti seluruh komputer kuantum fotonik dapat bekerja tanpa sistem kriogenik. Detektor foton tertentu masih membutuhkan pendinginan. Jadi, keunggulannya lebih tepat dipahami sebagai arsitektur yang mengurangi ketergantungan terhadap pendinginan ekstrem pada bagian pemrosesan utama.

Keunggulan lainnya berasal dari industri komunikasi optik. Dunia telekomunikasi telah mengembangkan teknologi photonic integrated circuit atau PIC selama bertahun-tahun. Dengan memanfaatkan silicon photonics, perusahaan kuantum berharap dapat mengintegrasikan berbagai komponen optik ke dalam chip yang semakin kecil dan diproduksi dalam jumlah besar.

Tentu saja, membuat chip fotonik untuk komunikasi tidak sama dengan membuat chip untuk komputasi kuantum. Persyaratan seperti efisiensi foton, kehilangan optik, kualitas sumber foton, dan kemampuan koreksi kesalahan membuat prosesnya jauh lebih kompleks.

Namun, keberadaan ekosistem manufaktur fotonik memberikan fondasi yang tidak tersedia bagi sebagian teknologi qubit lainnya.

Foton Juga Penting untuk Jaringan Kuantum

Keunggulan lain foton adalah kemampuannya bergerak melalui serat optik.

Serat optik telah digunakan secara luas untuk mengirimkan data internet dan telekomunikasi. Pada panjang gelombang tertentu, kehilangan sinyal dapat dibuat relatif rendah sehingga foton menjadi kandidat alami untuk membawa informasi kuantum antarlokasi.

Inilah yang membuat teknologi fotonik menarik bukan hanya untuk komputer kuantum, tetapi juga untuk jaringan kuantum.

Di masa depan, komputer kuantum mungkin tidak harus bekerja sebagai mesin tunggal. Sejumlah prosesor kuantum dapat dihubungkan melalui jaringan untuk membentuk sistem komputasi terdistribusi. Konsep inilah yang sedang dikembangkan oleh sejumlah perusahaan yang tidak selalu menggunakan foton sebagai qubit, tetapi memanfaatkannya sebagai media untuk menghubungkan qubit berbasis materi.

Perusahaan yang Mengembangkan Teknologi Kuantum Fotonik

Pada 2026, ekosistem kuantum fotonik telah berkembang menjadi cukup beragam. Ada perusahaan yang membangun komputer kuantum lengkap, ada yang mengembangkan sumber foton, chip fotonik, hingga infrastruktur jaringan.

Berikut beberapa perusahaan yang menjadi bagian dari perkembangan tersebut.

1. PsiQuantum
   PsiQuantum merupakan perusahaan asal Palo Alto, Amerika Serikat, yang mengembangkan komputer kuantum fault-tolerant menggunakan pendekatan fusion-based quantum computing (FBQC). Perusahaan menggunakan chip fotonik berbasis silikon dan memproduksinya melalui GlobalFoundries. Pendekatan tersebut dirancang untuk memungkinkan sistem kuantum berskala besar tanpa harus mengandalkan arsitektur qubit konvensional.

   PsiQuantum menargetkan komputer kuantum berskala utilitas pada akhir dekade ini. Perusahaan juga membangun fasilitas komputasi kuantum berskala besar di Chicago, Amerika Serikat, dan Moreton Bay, Australia.

   Pada 2025, PsiQuantum menyelesaikan pendanaan Series E senilai US$1 miliar dengan valuasi US$7 miliar. Pendanaan tersebut menunjukkan besarnya minat investor terhadap teknologi kuantum fotonik.

2. Xanadu
   Xanadu dari Kanada mengambil pendekatan berbeda melalui continuous-variable quantum computing dan teknologi GKP (Gottesman-Kitaev-Preskill). Perusahaan mengembangkan Aurora, sistem kuantum fotonik modular yang dirancang untuk terhubung dalam jaringan dan dilengkapi koreksi kesalahan secara real-time.

   Salah satu pencapaian penting Xanadu adalah demonstrasi pembuatan GKP state secara langsung pada chip silikon nitrida. Teknologi ini penting karena GKP dapat membantu meningkatkan ketahanan qubit fotonik terhadap kesalahan.

   Xanadu juga memperluas akses terhadap komputer kuantum melalui layanan cloud sehingga pengembang dan peneliti tidak harus memiliki perangkat keras sendiri.

3. ORCA Computing
   ORCA Computing dari Inggris menggunakan pendekatan time-domain multiplexing. Salah satu teknologi pentingnya adalah optical fiber delay lines. Teknologi tersebut memungkinkan foton disimpan sementara di dalam jalur serat optik sebelum digunakan dalam operasi berikutnya.

   Keuntungannya, sistem tidak harus menghasilkan semua foton secara bersamaan. Foton dapat disinkronkan sesuai kebutuhan sehingga sumber daya optik dapat digunakan secara lebih efisien. ORCA juga terlibat dalam NVQLink bersama NVIDIA, sebuah arsitektur yang dirancang untuk menghubungkan komputasi kuantum dan klasik secara real-time.

4. Quandela
   Quandela merupakan perusahaan Prancis yang mengembangkan komputer kuantum fotonik dengan quantum dot semikonduktor sebagai sumber foton tunggal. Berbeda dengan sistem yang hanya dapat digunakan di laboratorium, Quandela menyediakan komputer kuantum melalui layanan cloud sekaligus menawarkan penerapan langsung di lokasi pengguna.

   Perusahaan juga memasuki ekosistem komputasi berperforma tinggi Eropa. Pada 2025, sistem fotonik Lucy 12-qubit diserahkan kepada CEA dan dipasang di pusat superkomputer TGCC dalam program EuroHPC JU. Kemitraan dengan OVHcloud juga dirancang untuk menghadirkan prosesor fotonik melalui layanan cloud Eropa.

5. QuiX Quantum
   QuiX Quantum yang berbasis di Belanda mengembangkan prosesor fotonik yang dapat diprogram menggunakan silicon nitride waveguides. Perusahaan memanfaatkan ekosistem fotonik Belanda yang telah berkembang dan menargetkan komputer kuantum fotonik universal.

   QuiX sebelumnya mendapatkan kontrak dari German Aerospace Center atau DLR untuk menyediakan komputer kuantum fotonik 8-qubit dan 64-qubit. Pendanaan Series A sebesar €15 juta pada 2025 digunakan untuk mendukung pengembangan dan pengiriman komputer kuantum fotonik berbasis foton tunggal.

6. Quantum Source
   Quantum Source dari Israel mencoba menyelesaikan salah satu persoalan utama sistem optik linear, yakni sulitnya membuat interaksi antarfoton berlangsung secara deterministik. Perusahaan mengembangkan arsitektur cavity-QED yang menggunakan atom tunggal pada chip fotonik sebagai mediator interaksi foton-ke-foton.

   Jika pendekatan tersebut dapat dikembangkan secara efektif, kebutuhan terhadap sumber daya tambahan dalam operasi kuantum fotonik dapat dikurangi. Sistemnya juga dirancang agar dapat bekerja pada suhu ruang dan dikemas dalam bentuk perangkat yang menyerupai server.

7. NVision Quantum Technologies
   NVision Quantum Technologies dari Jerman menawarkan pendekatan yang agak berbeda. Perusahaan mengembangkan Photonic Integrated Quantum Circuits (PIQC) yang menggabungkan spin molekul organik dengan antarmuka fotonik.

   Dalam arsitekturnya, spin nuklir digunakan untuk menyimpan informasi kuantum, sementara spin elektron digunakan untuk kontrol, pembacaan, dan konektivitas. Dengan menempatkan lapisan material molekuler di atas sirkuit fotonik, NVision mencoba menggabungkan memori kuantum berbasis materi dengan kemampuan interkoneksi fotonik. Pada 2026, perusahaan memperkenalkan PIQC bersamaan dengan pendanaan Series B senilai US$55 juta.

8. Nu Quantum
   Nu Quantum dari Cambridge, Inggris, lebih berfokus pada jaringan dan interkoneksi kuantum. Teknologi Entanglement Fabric miliknya dirancang untuk menghubungkan berbagai quantum processing unit atau QPU menggunakan antarmuka qubit-foton.

   Konsep ini penting karena komputer kuantum masa depan mungkin terdiri dari banyak prosesor kecil yang terhubung melalui jaringan, bukan satu prosesor raksasa. Dengan demikian, foton berfungsi sebagai penghubung yang membawa informasi kuantum antar-node.

9. Q.ANT
   Q.ANT merupakan perusahaan asal Stuttgart, Jerman, yang merupakan spin-off dari Trumpf. Perusahaan mengembangkan prosesor fotonik menggunakan thin-film lithium niobate (TFLN). Material tersebut memiliki karakteristik elektro-optik yang memungkinkan modulasi cahaya berkecepatan tinggi dengan kehilangan penyisipan yang rendah. Q.ANT tidak hanya mengembangkan komputasi kuantum, tetapi juga teknologi quantum sensing untuk kebutuhan industri.

   Perusahaan juga memimpin konsorsium PhoQuant yang berfokus pada pengembangan chip komputasi kuantum fotonik di Jerman.

10. Sparrow Quantum
    Sparrow Quantum dari Denmark mengambil posisi yang lebih spesifik sebagai penyedia sumber foton tunggal deterministik. Komponen ini sangat penting bagi sistem kuantum fotonik. Komputer kuantum membutuhkan foton dengan efisiensi tinggi, kemurnian tinggi, serta karakteristik yang seragam sehingga foton dapat digunakan dalam operasi kuantum.

    Teknologi Sparrow menggunakan quantum dot semikonduktor untuk menghasilkan foton tunggal. Artinya, perusahaan tidak harus membangun komputer kuantum secara keseluruhan untuk memainkan peran penting. Dengan menyediakan komponen kritis, Sparrow dapat menjadi bagian dari rantai pasok perangkat keras kuantum fotonik.

11. Photonic Inc.
    Photonic Inc. dari Kanada menggunakan fotonik dengan cara yang berbeda. Perusahaan mengembangkan spin qubit berbasis silicon T-centre. Dalam sistem tersebut, foton tidak digunakan sebagai qubit utama, melainkan sebagai media untuk menghubungkan qubit yang berada di lokasi berbeda. Pendekatan tersebut memungkinkan pembangunan jaringan kuantum menggunakan panjang gelombang telekomunikasi.

    Pada 2026, Photonic dan TELUS mendemonstrasikan teleportasi kuantum sepanjang 30 kilometer melalui jaringan serat optik komersial di Vancouver. Demonstrasi tersebut memperlihatkan salah satu kemungkinan paling menarik dari teknologi ini: jaringan kuantum tidak selalu harus dibangun dari nol, tetapi pada akhirnya dapat memanfaatkan sebagian infrastruktur komunikasi yang sudah tersedia.

Gambaran Umum Perusahaan Pengembang Teknologi Kuantum Fotonik

Ekosistem kuantum fotonik pada 2026 juga menunjukkan bahwa industri ini tidak hanya terdiri dari perusahaan yang membuat komputer kuantum. Ada perusahaan yang mengembangkan prosesor, sumber foton, jaringan, hingga teknologi yang menghubungkan komputer kuantum.

Tabel berikut memberikan gambaran singkat mengenai pemain yang telah dibahas sebelumnya.

Dari tabel tersebut terlihat bahwa ekosistemnya sangat beragam. PsiQuantum dan Xanadu lebih berfokus pada komputer kuantum, sedangkan Sparrow Quantum menyediakan komponen penting berupa sumber foton tunggal.

Sementara itu, Nu Quantum dan Photonic Inc. menempatkan jaringan sebagai bagian penting dari strategi mereka. Artinya, keberhasilan komputasi kuantum fotonik nantinya tidak hanya bergantung pada satu perusahaan atau satu jenis chip.

Bagaimana Fotonik Dibandingkan dengan Teknologi Lain?

Untuk memahami posisi fotonik, kita perlu melihat teknologi perangkat keras kuantum secara lebih luas. Salah satu pendekatan yang sudah lama dikembangkan adalah trapped-ion atau ion terperangkap. Teknologi ini menggunakan ion yang ditahan menggunakan medan elektromagnetik sebagai qubit.

Trapped-ion dikenal memiliki kontrol qubit yang sangat baik. Dalam berbagai demonstrasi eksperimental, sistem tersebut mampu mencapai fidelitas gerbang dua qubit di atas 99,5 persen. Fidelitas penting karena menunjukkan seberapa dekat operasi yang dilakukan dengan operasi kuantum yang seharusnya. Semakin tinggi fidelitas, semakin kecil kemungkinan kesalahan terjadi ketika gerbang kuantum dijalankan.

Namun, angka fidelitas tersebut tidak bisa begitu saja dibandingkan dengan sistem fotonik. Alasannya, cara kerja dan pengodean informasi pada keduanya berbeda. Pada komputer kuantum fotonik, salah satu persoalan paling penting adalah kehilangan foton. Foton yang hilang dapat menyebabkan informasi kuantum tidak sampai ke tahap pengukuran.

Masalah tersebut menjadi semakin serius ketika sistem diperbesar. Semakin banyak komponen optik dan semakin panjang jalur yang harus dilalui foton, semakin besar pula peluang terjadinya kehilangan. Karena itu, perusahaan fotonik berlomba meningkatkan kualitas sumber foton, efisiensi detektor, kualitas komponen optik, dan metode koreksi kesalahan.

Masa Depan Mungkin Bukan Tentang Satu Pemenang

Pada akhirnya, persaingan komputasi kuantum kemungkinan tidak sesederhana mencari satu teknologi yang mengalahkan semuanya. 

Bisa jadi, beberapa teknologi justru berkembang untuk kebutuhan berbeda.

Superkonduktor mungkin unggul dalam aplikasi tertentu. Trapped-ion dapat mempertahankan keunggulan pada fidelitas dan kontrol. Fotonik dapat memainkan peran besar dalam jaringan, interkoneksi, serta arsitektur kuantum terdistribusi. Bahkan ada kemungkinan komputer kuantum masa depan menggabungkan beberapa teknologi tersebut.

Karena itu, ukuran keberhasilan yang paling penting bukan sekadar siapa yang memiliki qubit terbanyak, melainkan siapa yang mampu membangun sistem kuantum yang dapat melakukan pekerjaan nyata secara lebih cepat, lebih akurat, lebih ekonomis, dan dapat diperluas ke skala yang lebih besar.

Di titik inilah teknologi fotonik menjadi menarik. Ia tidak harus memenangkan setiap kategori. Cukup dengan memecahkan masalah yang paling sulit pada skala besar, fotonik dapat menjadi salah satu bagian penting dari ekosistem komputasi kuantum masa depan.