'Detektor kebohongan' komputasi kuantum akhirnya membuktikan bahwa mesin ini memanfaatkan aksi seram Einstein dari jarak jauh, bukan sekadar berpura-pura
Para peneliti telah mengembangkan metode eksperimental untuk menentukan apakah fungsi yang dilakukan oleh komputer kuantum adalah hasil mekanika kuantum – atau hanya perubahan cerdas pada fisika klasik.
Dalam sebuah studi penting diterbitkan 22 April 2025, di jurnal Tinjauan Fisik Xpara peneliti menjelaskan tes eksperimental yang menunjukkan dan mengesahkan aktivitas komputasi yang hanya dapat dicapai melalui mekanika kuantum.
Para ilmuwan mencapai hal ini dengan menciptakan “sisir madu” 73-qubit yang dapat diprogram. berapa banyak prosesor dan melatihnya menggunakan teknik klasik kuantum hibrid yang disebut Variational Quantum Circuit (VQC). Ini adalah loop pembelajaran mesin di mana komputer klasik secara berulang membantu komputer kuantum melakukan tugas dengan lebih akurat.
Dalam hal ini, tugas komputer adalah mencapai tingkat energi yang sangat rendah sehingga tidak dapat dicapai melalui fisika klasik. Dengan mengkonfirmasi keadaan energi ini, para peneliti mendemonstrasikan mekanika kuantum.
Memanfaatkan hukum mekanika kuantum
Salah satu tujuan utama komputasi kuantum adalah untuk mendorong batas kemampuan komputer melampaui apa yang diizinkan oleh hukum fisika klasik. Komputer biner, seperti ponsel, laptop, PC, server, dan superkomputer dibatasi oleh hukum dasar fisika klasik.
Bit dalam komputasi klasik menggunakan angka 1 dan 0 untuk melakukan komputasi kompleks, namun bit tersebut hanya dapat memproses penghitungan secara berurutan. Pada akhirnya, ada batas atas apa yang dapat mereka capai dalam jangka waktu yang memungkinkan.
Komputer kuantum, di sisi lain, menggunakan qubit — setara kuantum dengan bit klasik — untuk memanfaatkan hukum aneh mekanika kuantum, seperti keterikatan kuantumuntuk melakukan perhitungan kompleks secara paralel. Jika status bit dapat direpresentasikan sebagai aktif atau nonaktif (dengan 1 atau 0), qubit menempati superposisi status aktif dan nonaktif (artinya dapat berupa status dan kombinasi status apa pun) hingga diukur.
Keterikatan kuantum terjadi ketika dua qubit berkorelasi jarak jauh. Mengukur keadaan seseorang akan mengungkapkan keadaan setiap qubit terjerat yang terkait. Berdasarkan hukum fisika klasik, hal ini sama dengan melempar koin di London untuk menentukan hasil pelemparan koin secara bersamaan di New York. Semakin banyak qubit terjerat yang ditambahkan ke sistem, ruang komputasi bertambah secara eksponensial.
Pada ukuran yang memadai, ruang komputasi teoritis untuk komputer kuantum menjadi sulit secara matematis untuk sistem komputer biner — hal ini digambarkan sebagai “keunggulan kuantum” atau “supremasi kuantum.”
Sedangkan fenomena kuantum dapat didemonstrasikan dengan menggunakan eksperimen seperti Eksperimen Celah Gandamenyatakan bahwa sistem multi-qubit benar-benar memanfaatkan mekanika kuantum adalah sebuah tantangan. Hal ini juga menjadi lebih sulit secara eksponensial seiring dengan meningkatnya jumlah qubit dalam sistem kuantum.
Tes Bell dan aksi seram dari kejauhan
Fisikawan seperti Albert Einstein punya lama direnungkan ambang batas di mana fenomena kuantum melanggar hukum fisika Newton. Pada dasarnya, masalahnya bermuara pada apakah tidak ada penjelasan klasik untuk operasi kuantum, atau apakah kita belum menemukannya.
Ketika dihadapkan pada keterjeratan, misalnya, Einstein dengan terkenal menyebutnya sebagai “aksi seram dari kejauhan”. Pandangan dunianya, berdasarkan realisme lokal, menegaskan bahwa objek hanya dipengaruhi oleh lingkungan terdekatnya (lokalitas) dan sifat-sifatnya sudah ada secara definitif sebelum kita mengukurnya (realisme).
Keterikatan mematahkan relativitas ini. Ketika dua partikel terjerat, mereka berada dalam keadaan nonlokalitas. Untuk membuktikan hal ini, para ilmuwan melakukan a Tes beldinamai fisikawan Irlandia John Stewart Bell. Hal ini melibatkan pengukuran partikel terjerat dalam berbagai cara yang dipilih secara acak dan memeriksa hasil statistik.
Jika korelasi antara hasil-hasil yang diukur lebih kuat daripada yang dapat dibolehkan oleh teori klasik mana pun – batas yang dikenal sebagai Ketimpangan Bell – maka sistem tersebut dikatakan nonlokal.
Hal ini membuktikan bahwa “aksi seram dari jarak jauh” itu nyata dan bukan hanya hasil kebetulan, tipu daya matematis, atau simulasi klasik.
Simulasi kekerasan
Salah satu kendala utama dalam menentukan apakah komputasi kuantum benar-benar bersifat kuantum adalah kenyataan bahwa komputer klasik dapat mensimulasikan keadaan kuantum, hingga titik tertentu, menggunakan matematika brute force. Hal ini membuat sulit untuk menentukan secara pasti apa yang sedang terjadi “di balik terpal”.
Karena tidak ada tanda bahaya atau sirene yang menunjukkan bahwa hukum fisika telah dilanggar ketika operasi kuantum dilakukan, para ilmuwan harus menemukan cara untuk menunjukkan mekanika kuantum yang mendasarinya.
Untuk mencapai hal ini, para peneliti menjalankan percobaan menggunakan komputer kuantum 73-qubit dengan mengaturnya ke tingkat energi serendah mungkin dan kemudian mengukur energi dalam sistem.
Dalam fisika klasik, keadaan dasar terendah yang dapat dicapai adalah nol. Sebuah bola yang menggelinding menuruni bukit memiliki keadaan energi yang tinggi dan tereksitasi. Pada keadaan energi terendah, yaitu keadaan dasar, bola diam tanpa energi.
Namun, bola yang sama, yang beroperasi berdasarkan hukum mekanika kuantum, dapat memiliki keadaan energi yang lebih rendah dari nol. Hal ini dimungkinkan melalui keterikatan. Jika satu bola terjerat dengan bola lain, dan keduanya berkorelasi melalui keadaan energi diametris secara fungsional, salah satu atau keduanya dapat ditempatkan pada keadaan energi negatif.
Karena hal ini tidak mungkin dilakukan berdasarkan hukum fisika klasik, konfirmasi keadaan negatif ini, menurut definisi, merupakan sertifikasi bahwa fisika yang menggerakkan sistem memang bersifat kuantum.
Hasil yang dikonfirmasi adalah energi yang sangat rendah sehingga berada di bawah tingkat energi minimum absolut yang dapat dimiliki sistem klasik, yaitu 48 standar deviasi.
Para peneliti mensertifikasi korelasi nonlokal ini dalam kelompok hingga 24 qubit dalam sistem yang lebih besar, yang paling banyak disertifikasi sekaligus dengan cara ini, tulis para ilmuwan dalam penelitian tersebut.
Pekerjaan ini menetapkan metode perintis untuk memverifikasi aktivitas kuantum, tambah mereka.
Dengan pengembangan lebih lanjut, teknik-teknik ini dapat membantu para insinyur mensertifikasi kinerja dalam berbagai arsitektur kuantum, memahami kapan keadaan kuantum “diuraikan” menjadi keadaan klasik, dan memberikan landasan untuk membangun komputer kuantum yang lebih besar dan lebih kuat.
