Sebuah studi baru-baru ini mengungkapkan bahwa dalam arsitektur komputer kuantum yang rumit, panas tidak selalu mengikuti aturan dunia kita sehari-hari. Para peneliti telah mengamati aliran panas anomali —contoh di mana panas berpindah dari daerah yang lebih dingin ke daerah yang lebih panas—yang menantang hukum klasik termodinamika yang mengatur alam semesta makroskopis.
Dipimpin oleh Profesor Aabhaas Vineet Mallik, tim peneliti menggunakan teknik yang dikenal sebagai pengukuran sirkuit tengah untuk mengamati fenomena ini, sehingga memberikan cara baru untuk memahami mekanika kuantum dan meningkatkan keandalan mesin kuantum masa depan.
Keuntungan Kuantum: Komputasi Berbasis Gerbang
Untuk memahami mengapa penemuan ini penting, pertama-tama kita harus membedakan berbagai cara komputer kuantum beroperasi. Meskipun beberapa sistem (seperti sistem dari D-Wave) menggunakan evolusi berkelanjutan untuk memecahkan masalah pengoptimalan tertentu, para pemimpin industri—termasuk IBM, Google, dan Microsoft —berfokus pada komputasi kuantum berbasis gerbang.
Sistem berbasis gerbang dianggap “universal”. Mereka menggunakan operasi terpisah yang disebut “gerbang” untuk memanipulasi qubit (bit kuantum). Tidak seperti bit klasik, yang hanya bernilai 0 atau 1, qubit berada dalam superposisi kedua keadaan secara bersamaan. Kemampuan ini memungkinkan mesin berbasis gerbang berpotensi memecahkan masalah yang tidak mungkin dilakukan bahkan oleh superkomputer paling kuat sekalipun, seperti:
– Mensimulasikan struktur molekul kompleks untuk pengobatan.
– Merancang material baru yang canggih.
– Memprediksi pelipatan protein untuk penelitian biologi.
Paradoks Pengukuran
Dalam dunia klasik, mengukur sesuatu adalah tindakan pasif; melihat termometer tidak mengubah suhu ruangan. Namun, di dunia kuantum, pengukuran adalah intervensi aktif. Tindakan mengamati qubit memaksanya keluar dari keadaan tidak pasti dan masuk ke keadaan pasti, yang pasti akan mengganggu sistem.
Gangguan ini bagaikan pedang bermata dua. Di satu sisi, hal ini menimbulkan kesalahan yang dapat menggagalkan komputasi. Di sisi lain, para peneliti kini menggunakan pengukuran sirkuit tengah —memeriksa status qubit selama penghitungan, bukan hanya di akhir—untuk memenuhi dua tujuan:
1. Koreksi Kesalahan: Menangkap kesalahan sebelum kesalahan tersebut mengalir ke seluruh sistem.
2. Penyelidikan Ilmiah: Menggunakan gangguan yang disebabkan oleh pengukuran untuk mempelajari perilaku panas pada tingkat kuantum.
Mengamati Aliran Panas yang “Anomali”.
Dalam termodinamika klasik, Hukum Kedua menyatakan bahwa panas selalu mengalir dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin. Namun, para peneliti menemukan bahwa korelasi kuantum —hubungan antarpartikel yang halus dan non-klasik—dapat mengesampingkan aturan ini.
Dengan merancang arsitektur kuantum secara hati-hati dengan kesalahan minimal yang disebabkan oleh pengukuran sirkuit tengah, tim berhasil mengamati aliran panas kuantum anomali. Dalam hal ini, panas tampaknya bergerak melawan gradien suhu.
“Kami telah mampu mengidentifikasi kelas arsitektur komputer kuantum di mana kesalahan akibat pengukuran sirkuit tengah cukup kecil untuk pengamatan yang jelas terhadap sesuatu yang disebut aliran panas kuantum yang anomali,” kata Profesor Mallik.
Mengapa Hal Ini Penting bagi Masa Depan Teknologi
Ini bukan hanya keingintahuan akan teori fisika; hal ini memiliki implikasi besar terhadap rekayasa komputer kuantum yang stabil.
- Membangun Mesin yang Kuat: Untuk membangun komputer yang andal, para insinyur harus memahami dengan tepat berapa banyak “kebisingan” dan panas yang dihasilkan oleh tindakan pengukuran itu sendiri. Mengkarakterisasi kebisingan ini penting untuk membuat perangkat keras yang dapat berfungsi tanpa kesalahan terus-menerus.
- Tolok Ukur Baru untuk “Kuantitas”: Studi ini menunjukkan bahwa anomali aliran panas dapat berfungsi sebagai ujian lakmus. Dengan mengamati apakah suatu mesin menunjukkan pola panas non-klasik ini, para ilmuwan dapat memverifikasi seberapa benar-benar “kuantum” suatu perangkat, membedakannya dari simulator klasik yang sangat canggih.
- Wawasan Sumber Terbuka: Meskipun banyak raksasa teknologi menjaga kerahasiaan penelitian koreksi kesalahan mereka, penelitian ini menyediakan data publik yang sangat dibutuhkan yang dapat digunakan oleh lembaga akademis dan penelitian publik untuk memajukan teknologi kuantum superkonduktor.
Melihat ke Depan
Tim peneliti bermaksud untuk memperluas protokol ini ke sistem yang lebih besar dan kompleks dan mengujinya di berbagai arsitektur perangkat keras. Ketika perlombaan untuk membangun komputer kuantum fungsional semakin intensif, kemampuan untuk memanfaatkan—dan memahami—aturan termodinamika yang aneh di dunia subatom akan menjadi kunci untuk beralih dari prototipe eksperimental ke kekuatan komputasi universal.
Kesimpulan: Dengan mengamati aliran panas secara “terbalik”, para ilmuwan telah menemukan cara untuk menggunakan gangguan yang menyebabkan kesalahan sebagai alat untuk mengukur dan memverifikasi kekuatan mesin kuantum.
