Jadi saya telah memantau ruang komputasi kuantum cukup dekat, dan jujur saja 2024 terasa berbeda dari siklus hype biasanya. Biasanya Anda mendapatkan satu pengumuman besar, angka astronomis yang tidak banyak berarti, lalu keheningan selama setahun lagi. Kali ini benar-benar berbeda — kami mendapatkan tiga terobosan besar dari perusahaan yang sama sekali berbeda menggunakan pendekatan yang benar-benar berbeda, semuanya dalam beberapa bulan satu sama lain. Itulah pola yang menunjukkan bahwa bidang ini benar-benar bergerak.

Izinkan saya menjelaskan apa yang sebenarnya terjadi karena terobosan terbaru dalam komputasi kuantum 2024 bukan hanya peningkatan kecil. Google merilis Willow pada bulan Desember — sebuah prosesor superkonduktor 105-qubit yang melakukan sesuatu yang telah dikejar bidang ini selama sekitar 30 tahun. Mereka menambahkan lebih banyak qubit dan tingkat kesalahan justru menurun alih-alih meningkat. Saya tahu itu terdengar jelas, tetapi ini benar-benar hal besar. Masalah utama dengan sistem kuantum adalah bahwa memperbesar skala berarti lebih banyak noise, lebih banyak ketidakstabilan, semuanya menjadi lebih berantakan. Willow mematahkan pola itu. Mereka menunjukkan apa yang disebut para peneliti sebagai operasi "di bawah-tambalan" (below-threshold), yang pada dasarnya berarti skala sekarang benar-benar membantu alih-alih merugikan.

Tolok ukur yang mereka jalankan bersamaan mendapatkan banyak perhatian — Willow melakukan pengambilan sampel rangkaian acak dalam waktu kurang dari lima menit yang akan memakan waktu 10 septiliun tahun bagi superkomputer klasik. Itu angka nyata yang dipublikasikan di Nature dengan metodologi lengkap yang tersedia, yang penting karena klaim kuantum sebelumnya telah mendapatkan kritik yang sah. Tapi jujur saja: tolok ukur itu masih cukup sempit. Itu membuktikan bahwa beberapa perhitungan secara klasik tidak dapat diselesaikan, tetapi itu belum berarti Willow sedang menjalankan penemuan obat atau pemodelan iklim. Apa yang ditunjukkannya adalah bahwa komputasi kuantum yang dikoreksi kesalahan skala besar bukan lagi sekadar teori — ini adalah jalur rekayasa yang nyata.

Lalu Anda punya pekerjaan Microsoft dan Quantinuum, yang jujur mendapatkan liputan yang kurang mainstream tetapi jauh lebih banyak perhatian dari para peneliti sebenarnya. Pada bulan April 2024, mereka menunjukkan qubit logis dengan tingkat kesalahan 800 kali lebih rendah dari qubit fisik yang mereka bangun dari. Perbedaan itu penting: qubit fisik adalah unit perangkat keras yang berisik, qubit logis dibangun dengan menggabungkan beberapa qubit fisik sehingga kesalahan dapat dideteksi dan dikoreksi. Masalahnya selalu bahwa Anda membutuhkan begitu banyak qubit fisik untuk membangun qubit logis sehingga seluruh proses tampak tidak praktis. Pengurangan kesalahan 800x mengubah kalkulus itu.

Microsoft mendorongnya lebih jauh pada bulan November dengan Atom Computing — mereka menciptakan dan mengentang 24 qubit logis menggunakan atom ytterbium netral yang sangat dingin. Arsitektur perangkat keras yang benar-benar berbeda dari pendekatan Google. Kemudian Quantinuum mencapai 50 qubit logis pada bulan Desember. Signifikansi di sini adalah bahwa beberapa jalur yang layak menuju komputasi kuantum toleran terhadap kesalahan sedang berkembang secara bersamaan. Itu bukan lagi bidang yang bertaruh semuanya pada satu pendekatan.

Kontribusi IBM lebih tenang tetapi sama pentingnya untuk memikirkan dari mana komputasi kuantum praktis sebenarnya berasal. Prosesor Heron R2 diluncurkan pada bulan November dengan 156 qubit dan beberapa peningkatan kinerja yang benar-benar mengesankan. Tingkat kesalahan gerbang 2-qubit mereka turun menjadi 8×10⁻⁴, dan beban kerja yang dulu memakan waktu lebih dari 120 jam sekarang berjalan sekitar 2,4 jam. Itu adalah percepatan 50x dalam perhitungan skala utilitas nyata. Mereka juga menerbitkan kode koreksi kesalahan baru yang disebut kode qLDPC sepeda bivariate yang mencapai penekanan kesalahan yang sebanding dengan hanya menggunakan 144 qubit data daripada 3.000 — pengurangan overhead 10x. Itu adalah peningkatan efisiensi yang membuat komputasi kuantum toleran terhadap kesalahan tampak kurang seperti mimpi jauh dan lebih seperti masalah rekayasa dengan solusi.

Inilah yang sering dilewatkan orang: terobosan terbaru dalam komputasi kuantum 2024 juga mencakup sesuatu yang sama sekali tidak melibatkan prosesor kuantum. NIST menerbitkan standar kriptografi pasca-kuantum pertama pada bulan Agustus. Dua dari tiga algoritma berasal dari IBM Research. Ini penting karena ini adalah pertama kalinya badan standar global secara resmi menyatakan "komputer kuantum yang mampu memecahkan enkripsi saat ini tidak lagi bersifat teoretis." Pemerintah dan perusahaan harus mulai bertransisi sekarang, sebelum komputer kuantum yang relevan secara kriptografi benar-benar tiba. Garis waktu itu biasanya satu dekade atau lebih dari publikasi standar hingga penerapan luas.

Mari saya jujur tentang apa yang dilakukan dan tidak dilakukan oleh 2024. Itu tidak membuktikan bahwa komputasi kuantum telah "tiba" untuk aplikasi praktis. Willow belum menjalankan penemuan obat. 50 qubit logis itu bisa mendeteksi kesalahan, tetapi koreksi kesalahan penuh masih dalam proses. Pendekatan atom netral Microsoft membutuhkan infrastruktur laser yang belum ada secara skala besar. Prosesor Starling IBM, sistem yang sepenuhnya dikoreksi kesalahannya pertama kali, diproyeksikan baru akan hadir pada tahun 2029.

Apa yang sebenarnya dibuktikan oleh 2024 adalah hal yang lebih penting: bidang ini berhenti berkembang dalam satu arah dan mulai berkembang dalam semua arah secara bersamaan. Perangkat keras, koreksi kesalahan, qubit logis, efisiensi perangkat lunak, standar kriptografi — semuanya bergerak bersamaan. Komunitas riset mulai bertindak kurang seperti fisikawan teoretis dan lebih seperti insinyur dengan tonggak yang dapat diperiksa dan direproduksi.

Melihat ke 2025 dan seterusnya, terobosan terbaru dalam komputasi kuantum 2024 pada dasarnya menyiapkan fase berikutnya. Google bekerja menuju operasi toleran terhadap kesalahan penuh. Microsoft menargetkan 50-100 qubit logis yang terentang dalam penerapan komersial dalam beberapa tahun. IBM bertaruh pada Starling untuk akhirnya menjembatani dari utilitas kuantum ke keunggulan kuantum untuk masalah yang bernilai komersial. Trajektori ini konsisten: pertanyaannya bukan lagi apakah komputasi kuantum yang dikoreksi kesalahan skala besar itu mungkin. 2024 membuktikan bahwa itu mungkin melalui berbagai pendekatan. Sekarang tinggal mana pendekatan yang paling cepat skalanya dan kapan aplikasi yang membenarkan investasi itu benar-benar muncul.