Bayangkan suatu mesin yang dapat membantu manusia mengatasi berbagai permasalahan global saat ini. Mesin yang mampu mendeteksi penyakit sebelum muncul gejalanya, mampu mengenali pola pergerakan virus sebelum menyebar menjadi pandemi, mampu menemukan cara paling optimal dan efisien dalam menjalankan berbagai proses industri. Mesin itu adalah komputer kuantum, dan ia akan mengubah dunia.

Quantum Supremacy: How The Quantum Computer Revolution Will Change Everything

Michio Kaku
Doubleday (2023)
337 hal

Michio Kaku adalah fisikawan teori yang sangat aktif dalam komunikasi sains melalui berbagai media, dan produktif menulis buku. “Quantum Supremacy” adalah bukunya yang terbaru, terbit beberapa minggu yang lalu.

Istilah ‘quantum supremacy’ dicetuskan oleh fisikawan John Preskill pada tahun 2012 untuk menyatakan suatu kondisi ketika komputer kuantum berhasil melakukan komputasi suatu problem yang berada di luar jangkauan praktis komputer klasik. ‘Praktis’ di sini dalam artian, sebenarnya komputer klasik pun bisa melakukannya, tetapi akan memakan waktu mungkin puluhan ribu tahun sehingga tidak praktis, sementara komputer kuantum bisa melakukannya dalam waktu beberapa menit. Jadi kekuatan komputer kuantum ini ada di kecepatannya yang luar biasa.

Kondisi quantum supremacy ini akhirnya dicapai pada 2019 oleh Google dengan komputer Sycamore, disusul oleh China pada 2020, dan kemudian oleh perusahaan-perusahaan seperti IBM dan Intel. Pada saat ini IBM memimpin dengan komputer kuantum Osprey, dan mereka terus saling berlomba membangun komputer kuantum yang semakin canggih.

Buku ini terbagi menjadi 4 bagian besar:
1. Rise of Quantum Computers
2. Quantum Computers and Society
3. Quantum Medicine
4. Modeling the World and the Universe
Bagian 1 menjelaskan tentang teori kuantum dan sejarah komputer. Bagian 2 – 4 membahas bagaimana komputer kuantum dapat digunakan manusia untuk memecahkan masalah-masalah sains dan teknologi yang saat ini masih belum dapat diselesaikan oleh komputer klasik, dan bagaimana hal ini akan mengubah dunia.

Apa sih bedanya komputer kuantum dengan komputer biasa, dan apa yang membuat komputer kuantum begitu powerful?

Komputer modern pada dasarnya berbasis informasi digital yang dapat dikode dalam sistem biner 0 dan 1. Unit terkecil informasi ini disebut bit. Jadi setiap bit, hanya punya 2 kemungkinan keadaan/state, yaitu 0 atau 1.
Jika dalam komputer digital unit tadi disebut ‘bit’, maka dalam komputer kuantum ia disebut ‘qubit’ atau quantum bit. Komputer kuantum memanfaatkan sifat superposisi di dunia kuantum, di mana satu qubit pada saat yang sama memiliki lebih dari satu posisi yang saling terkait (entangled). Karena sifat superposisi ini, jumlah keadaan/state dari qubit tersebut menjadi tidak terhingga, bukan hanya 2 seperti dalam komputer digital. Karenanya, informasi yang bisa disimpan dan diproses dalam komputer kuantum berkali-kali lipat lebih banyak dan pemrosesannya jutaan kali lebih cepat daripada komputer digital.

Namun teknologi komputer kuantum ini masih berhadapan dengan masalah decoherence. Komputer kuantum baru dapat bekerja jika atom-atomnya bervibrasi bersamaan. Kondisi ini disebut coherence. Masalahnya, atom adalah objek yang sangat sensitif. Sedikit saja gangguan dari luar maka akan menyebabkan decoherence, dan merusak kerja komputer kuantum. Masalah terbesar komputer kuantum saat ini adalah mengontrol decoherence.

Untuk meminimalkan gangguan dari luar, saat ini komputer kuantum ditempatkan dalam alat khusus yang suhunya diset mendekati absolute zero (0°K atau -273°C). Karena itu komputer kuantum harganya jutaan dolar dan biaya operasionalnya tinggi, sehingga hanya segelintir saja pihak yang mampu memilikinya.

Ajaibnya, di alam, proses kuantum ini dapat dilakukan pada suhu ruang tanpa harus pakai alat khusus. Contohnya fotosintesis. Ilmuwan masih belum dapat mengerti mengapa alam bisa menjaga koherensi kuantum dalam suhu ruang, padahal menurut fisika klasik, begitu banyak gangguan yang dapat merusak koherensi atom sehingga banyak macam proses kimia tidak mungkin terjadi. “Dengan kata lain, fotosintesis melanggar hukum Newton,” kata Kaku.

(Wow, ternyata nggak usah jauh-jauh nyari mukjizat. Rumput dan dedaunan melakukannya tiap hari!)

Dengan kemampuan seperti ini, komputer kuantum akan dapat memecahkan banyak problem yang saat ini masih terlalu kompleks untuk komputer klasik. Gunungan data yang membuat komputer klasik kewalahan, bisa diproses secepat kilat oleh komputer kuantum.

Perusahaan dapat memanfaatkan komputer kuantum untuk dengan cepat menganalisa data dan menemukan pola dan solusi yang lebih efisien dan optimal. Sains dan teknologi dapat maju dengan cepat karena komputer kuantum mampu melakukan simulasi-simulasi kompleks yang sulit dilakukan oleh komputer klasik. Misalnya untuk menghitung aerodinamika pesawat jet atau mobil, untuk menemukan bentuk ideal dengan friksi minimum, meminimalkan biaya dan memaksimalkan efisiensi.

Data cuaca yang berubah dengan cepat bisa diproses oleh komputer kuantum sehingga menghasilkan prediksi yang akurat. Jalur hurricane dan tornado bisa diketahui lebih cepat sehingga penduduk dan pemerintah lebih siap menghadapinya. Komputer kuantum juga akan bisa membantu mitigasi masalah perubahan iklim, misalnya mendeteksi perubahan kadar CO2 dan metan di udara dan memproyeksikan pergerakannya untuk membantu pemerintah mengambil kebijakan yang tepat.

Komputer kuantum bisa menjadi ‘laboratorium virtual’ menggantikan laboratorium fisik, karena berbagai reaksi kimia dapat disimulasikan tanpa harus melalui eksperimen trial and error. Ia bisa menganalisa bagaimana mekanisme interaksi antar molekul, sehingga proses mendesain obat dan vaksin akan lebih cepat dan efisien. Komputer kuantum juga bisa digunakan untuk menyelidiki bagaimana tepatnya DNA bekerja, bagaimana lipatan protein yang berbeda menghasilkan fungsi yang berbeda, bagaimana proses-proses kimia dan biologi di tubuh kita bekerja di level molekular, memungkinkan dunia medis dan rekayasa genetik maju dengan cepat. Belum lagi kemampuan mendeteksi pola kemunculan penyakit sehingga bisa ditanggulangi sebelum menyebar luas.

Ini yang dimaksud Michio Kaku di judul bukunya, bagaimana revolusi komputer kuantum akan mengubah segalanya. Banyak pekerjaan manusia yang akan dipermudah (bahkan digeser?) oleh komputer. Bukan ‘seandainya’ lagi, melainkan ‘tinggal tunggu waktu’. Alangkah baiknya jika kita mulai menyiapkan generasi berikutnya menghadapi perubahan jaman ini.

Meskipun di buku ini dikatakan bahwa komputer kuantum adalah ‘the ultimate computer’, namun sebenarnya ini tidak begitu akurat, karena ada persoalan-persoalan yang tidak bisa dipecahkannya, misalnya, dia tidak akan bisa mensimulasikan quantum gravity (quantum mechanics + general relativity). Dalam hal ini manusia lebih hebat, karena bisa memikirkan konsep-konsep yang tidak bisa dibayangkan oleh komputer kuantum. Saat ini sudah ditemukan beberapa model komputasi yg disebut Hypercomputation yang jauh melampaui komputer kuantum meskipun masih belum diketahui apakah teknologi manusia di masa depan akan mampu merealisasikannya.

Buku ini bagus untuk awam karena menjelaskan tentang komputer kuantum dan penerapannya dalam bahasa yang mudah, juga membahas banyak permasalahan saintek yang akan terbantu oleh komputer kuantum. Tapi banyak kalimat yang diulang-ulang seperti “perhaps quantum computer might solve this problem for us” atau “quantum computer can do this on the molecular level”. Selain itu, meskipun topiknya berbeda, struktur bukunya sangat mirip dengan buku Kaku yang lain “Physics of the Future” (2011), ditutup dengan skenario hidup manusia di masa depan. Tapi lumayan lah untuk membuat orang awam tertarik akan quantum computing dan potensinya yang begitu besar.
Pendeknya, layak baca. Recommended.

Terkait:
Physics of the Future: How Science Will Shape Human Destiny and Our Daily Lives by the Year 2100
https://www.facebook.com/bookolatte/posts/pfbid036C9DE3ducLrZYeXWj5zQqYgwVRyX4wxZefHUy8gBxfWJxqqz9q1hssQhAjr5Avfyl