Quantum teknologi kini telah mencapai tahap krusial dalam perkembangan mereka. Teknologi ini tidak lagi sebatas konsep teori atau eksperimen laboratorium, melainkan mulai memasuki aplikasi praktis dengan kemunculan komputer kuantum yang dapat dioperasikan, jaringan kuantum awal, dan sensor kuantum yang sangat sensitif.
Para peneliti dari berbagai institusi terkemuka seperti University of Chicago, Stanford, MIT, University of Innsbruck, dan Delft University of Technology mempublikasikan sebuah studi penting di jurnal Science. Studi tersebut mengulas kemajuan perangkat keras kuantum saat ini sekaligus menyoroti tantangan untuk membangun sistem kuantum yang besar dan andal.
Persamaan dengan Perkembangan Komputer Klasik
Melihat sejarah komputer klasik memberikan gambaran penting untuk perkembangan teknologi kuantum. Dalam sekitar 75 tahun, biaya operasi komputasi turun drastis lebih dari 14 ordo besar, dan jumlah transistor di chip meningkat dari ribuan menjadi hampir 100 miliar. Pencapaian tersebut diperoleh bukan dari satu penemuan tunggal, melainkan dari perubahan berulang pada bahan, desain perangkat, dan arsitektur sistem.
Kemajuan ini terjadi melalui pendekatan top-down, di mana kebutuhan sistem mengarahkan desain sirkuit kemudian menentukan bahan dan metode produksi. Misalnya, penggunaan hafnium dioksida menggantikan silikon dioksida dalam transistor muncul karena tuntutan kinerja, bukan semata eksperimen lain. Penelitian terbuka dan kolaborasi antara industri, akademisi, dan laboratorium pemerintah menjadi kunci sukses yang harus ditiru teknologi kuantum.
Evaluasi Kesiapan Teknologi Kuantum
Studi mengukur kesiapan teknologi kuantum dengan membandingkan enam platform perangkat keras utama: qubit superkonduktor, ion terperangkap, cacat spin pada padatan, quantum dot semikonduktor, atom netral, dan qubit fotonik. Setiap platform dinilai berdasarkan kemampuan komputasi, simulasi, jaringan, dan sensor menggunakan indeks Technology Readiness Levels (TRLs).
Skala TRL dari 1 artinya prinsip dasar sudah terbukti, hingga 9 berarti sistem telah beroperasi di kondisi dunia nyata. Namun, nilai TRL tinggi tidak menunjukkan bahwa teknologi tersebut sudah mendekati bentuk final. Sebagaimana prosesor Intel 4004 pada era 1970-an sudah dianggap siap walau kini terlihat sangat sederhana, teknologi kuantum sekarang masih berada pada tahap awal meski ada sistem yang sudah beroperasi.
Keanekaragaman Perangkat Keras Kuantum
Masing-masing platform kuantum memiliki keunggulan dan keterbatasan. Qubit superkonduktor dan quantum dot beroperasi sebagai “atom buatan” pada suhu sangat rendah. Sistem superkonduktor mampu mengelola lebih dari 100 qubit dengan kecepatan dan akurasi tinggi. Quantum dot memiliki ukuran kecil dan integrasi padat namun menghadapi tantangan pengkabelan dan kontrol.
Cacat spin di padatan, seperti pusat warna di berlian, unggul dalam menjaga koherensi kuantum yang lama dan jaringan optik yang kuat. Ion terperangkap dan atom netral menawarkan keseragaman alami dan keadaan kuantum yang tahan lama, dengan jumlah atom dalam array mencapai ratusan hingga ribuan. Sementara itu, platform fotonik memanfaatkan cahaya yang terjerat untuk komputasi, meski masih terbatas oleh kerugian energi namun terus berkembang pesat terutama di bidang kontrol dan jaringan.
Hambatan Umum dalam Skala Besar
Meski kemajuan telah dicapai, mengembangkan perangkat hingga jutaan qubit menghadapi kendala serupa. Produksi harus lebih handal dan kompatibel untuk manufaktur dalam skala besar. Pengkabelan menjadi masalah karena tiap qubit biasanya memerlukan saluran kontrol individual. Kalibrasi makin sulit saat jumlah qubit bertambah, membutuhkan penyesuaian konstan untuk memastikan kinerja optimal.
Selain itu, konsumsi daya, ukuran alat, dan kebutuhan pendinginan menambah tantangan. Banyak sistem masih bergantung pada peralatan kriogenik besar atau laser berdaya tinggi. Pengembangan mesin yang lebih besar dengan cara konvensional tidak akan efektif. Solusinya perlu terintegrasi secara menyeluruh, bukan sekedar perbaikan parsial.
Arsitektur Modular sebagai Solusi
Studi menekankan pentingnya arsitektur modular untuk mengatasi batasan tersebut. Sistem kuantum tidak perlu dibuat dalam satu chip raksasa, melainkan dari modul-modul kecil yang dapat direplikasi dan dihubungkan secara kuantum. Setiap modul mengelola qubit, kontrol elektronik, dan sistem pendinginan sendiri, lalu terhubung dalam jaringan modul agar saling bertukar informasi kuantum.
Model ini mirip dengan pusat data klasik yang skala dan kompleksitasnya terkelola lewat replikasi modul. Pendekatan modular juga memberi fleksibilitas, memungkinkan tiap modul fokus pada fungsi berbeda seperti memori, pemrosesan, atau jaringan. Keberhasilan konsep ini bergantung pada koneksi kuantum yang handal dan perangkat hibrida yang menggabungkan teknologi berbeda, dengan fotonik sebagai komponen sentral berkat material baru yang rendah loss dan komponen optik terintegrasi.
Upaya Global Jangka Panjang
Perkembangan perangkat keras kuantum berjalan cepat dalam beberapa tahun terakhir, namun penelitian menekankan sikap sabar dan realistis. Banyak teknologi klasik butuh waktu puluhan tahun untuk matang, dan jalur teknologi kuantum kemungkinan akan serupa, memerlukan investasi berkelanjutan dan kolaborasi luas.
Bagi masyarakat luas, pesan yang disampaikan jelas: teknologi kuantum sudah nyata dan berkembang, namun masih di tahap awal perkembangan. Masa depannya sangat bergantung pada pilihan desain yang cermat, kolaborasi lintas sektor, dan pembelajaran dari sejarah teknologi sebelumnya. Temuan penting dari penelitian ini tersedia secara online di jurnal Science.
-
-
-
-
