Selama bertahun-tahun, komputer kuantum tidak lebih dari sekadar ide. Saat ini, perusahaan, pemerintah, dan agen intelijen berinvestasi dalam pengembangan teknologi kuantum. Robert König, dari Technical University Munich, bekerja sama dengan David Gosset dari University of Waterloo dan Sergey Bravyi dari IBM, kini telah menempatkan landasan di bidang yang menjanjikan ini.
Komputer konvensional mematuhi hukum fisika klasik. Mereka mengandalkan angka biner nol dan satu. Angka-angka ini disimpan dan digunakan untuk operasi matematika. Dalam unit memori konvensional, setiap bit — satuan informasi terkecil — ditunjukkan oleh muatan yang menentukan apakah bit disetel ke satu atau nol.
Dalam komputer kuantum, setiap bit dapat menjadi nol dan satu pada saat yang sama. Ini karena hukum fisika kuantum memungkinkan elektron menempati banyak keadaan sekaligus. Kuantum bit, atau qubit, dengan demikian ada dalam beberapa status tumpang tindih. Superposisi ini memungkinkan komputer kuantum untuk melakukan operasi pada banyak nilai dalam satu kali kejadian, sedangkan komputer konvensional tunggal harus mengeksekusi operasi ini secara berurutan. Harapan dari komputasi kuantum terletak pada kemampuan memecahkan masalah tertentu secara signifikan lebih cepat.
Dari dugaan hingga pembuktian
König dan rekan-rekannya sekarang secara meyakinkan menunjukkan keuntungan dari komputer kuantum. Untuk tujuan ini, mereka mengembangkan sirkuit kuantum yang dapat memecahkan masalah aljabar yang sulit. Sirkuit baru memiliki struktur sederhana — ia hanya melakukan sejumlah operasi tetap pada setiap qubit. Sirkuit semacam itu disebut memiliki kedalaman konstan. Dalam pekerjaan mereka, para peneliti membuktikan bahwa masalah yang dihadapi tidak dapat diselesaikan dengan menggunakan kedalaman konstan sirkuit klasik. Mereka lebih lanjut menjawab pertanyaan mengapa algoritma kuantum mengalahkan sirkuit klasik yang sebanding: Algoritma kuantum mengeksploitasi non-lokalitas fisika kuantum.
Sebelum pekerjaan ini, keuntungan dari komputer kuantum tidak pernah dibuktikan atau didemonstrasikan secara eksperimental — meskipun bukti itu menunjuk ke arah ini. Salah satu contohnya adalah kuantum algoritma Shor, yang secara efisien memecahkan masalah faktorisasi prima. Namun, itu hanyalah sebuah perkiraan teoritis kompleksitas bahwa masalah ini tidak dapat diselesaikan secara efisien tanpa komputer kuantum. Juga dapat dibayangkan bahwa pendekatan yang benar belum ditemukan untuk komputer klasik.
Robert König menganggap hasil baru terutama sebagai kontribusi terhadap teori kompleksitas. “Hasil kami menunjukkan bahwa pemrosesan informasi kuantum benar-benar memberikan manfaat – tanpa harus bergantung pada dugaan teoritis kompleksitas yang tidak terbukti,” katanya. Di luar ini, pekerjaan memberikan tonggak baru di jalan menuju komputer kuantum. Karena strukturnya yang sederhana, sirkuit kuantum baru adalah kandidat untuk realisasi eksperimental kuantum algoritma jangka pendek.
