Bayangkan sebuah komputer yang bisa menyelesaikan masalah rumit ribuan kali lebih cepat dibanding komputer super tercanggih yang kita miliki sekarang. Bukan hanya soal mempercepat perhitungan, tetapi juga membuka pintu menuju penemuan obat baru, material super, hingga memecahkan teka-teki iklim. Itulah janji dari komputasi kuantum, sebuah bidang teknologi yang sedang berkembang pesat di abad ini.
Namun, ada satu masalah besar: komputer kuantum sangat sulit dibuat stabil. Informasi kuantum (disebut qubit) sangat rapuh dan mudah hilang karena gangguan lingkungan sekecil apa pun. Para ilmuwan di seluruh dunia berlomba mencari cara menciptakan qubit yang tahan lama, akurat, dan fleksibel.
Salah satu terobosan terbaru datang dari penelitian yang dipublikasikan di PRX Quantum tahun 2025. Tim ilmuwan berhasil menunjukkan bagaimana atom ytterbium-171 (¹⁷¹Yb) dapat digunakan untuk membangun gerbang kuantum (quantum gates) dengan akurasi hampir sempurna, mencapai lebih dari 99,7%. Ini adalah salah satu pencapaian penting menuju komputer kuantum yang benar-benar bisa digunakan untuk aplikasi nyata.
Baca juga artikel tentang: AI dan Keamanan Nuklir: OpenAI Terapkan Kecerdasan Buatan untuk Mengurangi Risiko Bencana Nuklir
Apa Itu Qubit dan Mengapa Penting?
Dalam komputer biasa, informasi disimpan dalam bentuk bit: angka 0 atau 1. Semua program, video, dan game yang kita gunakan hanyalah kombinasi dari bit-bit tersebut.
Sementara itu, komputer kuantum menggunakan qubit, yang bisa berada dalam keadaan 0, 1, atau bahkan gabungan keduanya secara bersamaan (disebut superposisi). Inilah yang membuat qubit jauh lebih kuat. Dengan beberapa qubit saja, komputer kuantum bisa memproses informasi yang tidak mungkin dikerjakan komputer klasik.
Masalahnya, qubit sangat sulit dijaga. Mereka rentan terhadap gangguan—seperti getaran, panas, atau cahaya yang salah sedikit saja. Itulah mengapa penelitian tentang cara membuat qubit yang stabil dan dapat dikendalikan menjadi kunci utama.
Mengapa Atom Ytterbium?
Ytterbium adalah unsur kimia yang termasuk ke dalam kelompok logam tanah jarang. Isotop tertentu dari ytterbium, yaitu ¹⁷¹Yb, memiliki sifat unik pada inti atomnya (nuclear spin) yang bisa digunakan sebagai qubit.
Keunggulannya:
- Tahan lama – qubit berbasis nuclear spin bisa menyimpan informasi lebih lama sebelum rusak.
- Mudah dikendalikan dengan cahaya – atom ytterbium dapat “ditangkap” menggunakan sinar laser khusus, sehingga para ilmuwan bisa mengatur posisinya dengan presisi tinggi.
- Koherensi tinggi – artinya qubit ini tetap sinkron lebih lama, sehingga dapat menjalankan perhitungan kompleks tanpa cepat kehilangan informasi.
Bayangkan atom-atom ytterbium ini seperti bola kecil yang ditata rapi dalam sebuah “jaring laser”. Masing-masing bola bisa menjadi qubit, dan laser bertindak sebagai alat untuk “mengetuk” atau “memutar” informasi kuantum di dalamnya.
Apa Itu Gerbang Kuantum?
Jika komputer klasik menggunakan gerbang logika (seperti AND, OR, NOT) untuk memproses bit, komputer kuantum menggunakan gerbang kuantum.
Gerbang kuantum memungkinkan para ilmuwan mengubah keadaan qubit, misalnya dari 0 ke 1, atau membuat dua qubit saling terhubung (entangled). Agar komputer kuantum bisa bekerja, gerbang-gerbang ini harus sangat akurat.
Dalam penelitian ini, para ilmuwan menunjukkan gerbang kuantum berbasis ytterbium yang memiliki fidelity (akurasi) hampir sempurna:
- 99,7% untuk dua-qubit entangling gate angka ini sangat tinggi dibandingkan eksperimen sebelumnya.
- Lebih dari 99,4% tanpa trik tambahan (postselection), artinya hasilnya benar-benar kuat.
Ini seperti mengatakan bahwa hampir tidak ada “kesalahan hitung” yang terjadi saat komputer kuantum menjalankan perintahnya.
Bagaimana Eksperimennya Dilakukan?
Tim peneliti menggunakan array atom netral. Bayangkan ada deretan atom ytterbium yang “melayang” di udara, ditahan oleh laser halus (disebut optical tweezer). Atom-atom ini tidak saling bersentuhan, tetapi bisa diatur posisinya dengan sangat presisi.
Dengan teknik ini, mereka bisa:
- Mengendalikan satu per satu qubit dengan cahaya laser.
- Menjalankan gerbang tunggal (single-qubit gates) maupun gerbang ganda (two-qubit gates) secara paralel.
- Melakukan benchmarking (pengujian akurasi) pada lebih dari 200 kombinasi gerbang.
Selain itu, mereka memperkenalkan metode baru untuk kalibrasi multiparameter, sebuah cara untuk menyesuaikan pengaturan sistem agar hasil tetap stabil meski ada perubahan lingkungan.
Mengapa Ini Penting?
Membangun komputer kuantum bukan hanya soal membuat qubit, tetapi juga memastikan mereka bisa:
- Bertahan cukup lama untuk menyelesaikan perhitungan.
- Dikendalikan dengan presisi tinggi.
- Diatur dalam jumlah besar tanpa saling mengganggu.
Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa ytterbium bisa menjadi kandidat ideal. Dengan fidelitas gerbang setinggi itu, komputer kuantum berbasis atom netral semakin mendekati kenyataan.
Jika skala ini bisa diperbesar (misalnya ribuan qubit), maka kita dapat menjalankan algoritma kuantum yang benar-benar berguna di dunia nyata: simulasi molekul obat, perancangan material baru, hingga pemodelan keuangan global.
Masa Depan Komputasi Kuantum
Saat ini, ada beberapa pendekatan berbeda untuk membangun komputer kuantum:
- Superkonduktor (seperti yang digunakan Google dan IBM).
- Ion terperangkap (ion trap).
- Atom netral (seperti ytterbium ini).
- Qubit fotonik (berbasis cahaya).
Masing-masing punya kelebihan dan tantangan. Namun, riset terbaru ini menunjukkan bahwa atom netral punya masa depan cerah, karena kombinasi antara stabilitas, fleksibilitas, dan skalabilitas.
Dengan kata lain, komputer kuantum masa depan mungkin saja dibangun dari “awan” atom ytterbium yang dikendalikan cahaya laser.
Penelitian tentang gerbang kuantum berbasis ytterbium ini adalah langkah besar dalam perjalanan menuju komputer kuantum praktis. Dengan fidelitas hampir sempurna, atom ytterbium membuktikan dirinya sebagai kandidat kuat dalam arena global pengembangan teknologi ini.
Meski jalan menuju komputer kuantum komersial masih panjang, pencapaian ini membawa kita selangkah lebih dekat pada era baru perhitungan super cepat, era dimana masalah yang hari ini terasa mustahil mungkin bisa dipecahkan dalam hitungan menit.
Baca juga artikel tentang: Temuan Reaktor Nuklir Alami Tertua di Dunia Bisa Menjadi Kunci Untuk Energi Masa Depan
REFERENSI:
Muniz, JA dkk. 2025. High-Fidelity Universal Gates in the ¹⁷¹Yb Ground-State Nuclear-Spin Qubit. PRX Quantum 6 (2), 020334.
