19 DETIK MELAWAN SEABAD KERJA SUPERKOMPUTER

Keunggulan kuantum berarti menunjukkan bahwa komputer kuantum dapat menyelesaikan tugas yang tak bisa dituntaskan superkomputer klasik mana pun dalam waktu yang wajar. Uji standarnya adalah pengambilan sampel sirkuit acak (random-circuit sampling): terapkan serangkaian gerbang kuantum yang dipilih secara acak pada puluhan qubit, lalu ukur qubit-qubit itu. Hasilnya adalah aliran deretan angka 0 dan 1 yang diambil dari distribusi probabilitas yang luar biasa sulit direproduksi oleh komputer klasik.

Satu hal penting: tugas ini tidak punya kegunaan praktis. Ini adalah tolok ukur — stopwatch untuk daya hitung mentah.

Perlombaan di kedua sisi

Prosesor Sycamore membuka perlombaan dengan 53 qubit, disusul Zuchongzhi 2.0 dan 2.1, Sycamore dengan 67 qubit, dan Zuchongzhi 3.0 dengan 83 qubit aktif. Di sisi lain, algoritma klasik terus membaik dan memangkas biaya untuk mereproduksi eksperimen-eksperimen ini hingga beberapa orde besaran. Karena itu, setiap klaim harus menyebutkan dengan tepat tugas klasik mana yang menjadi pembandingnya.

Hingga kini, semua demonstrasi ini dijalankan pada mesin laboratorium khusus yang disetel dengan cermat untuk keperluan tersebut.

Prosesor yang disewa lewat cloud

Sebuah tim dari perusahaan rintisan BlueQubit (San Francisco), bersama rekan-rekan dari EPFL dan Yayasan XPRIZE, memakai prosesor IBM Nighthawk r2: 120 qubit superkonduktor pada kisi persegi 12 × 10. Mereka mengaksesnya lewat cloud, dengan perangkat standar Qiskit milik IBM, dan tanpa kalibrasi khusus apa pun. Para penulis bukan dari IBM: mereka menggunakan mesin itu melalui program perusahaan rintisan IBM dan menyatakan bahwa pandangan mereka bukan pandangan IBM.

Mereka memakai 61 qubit — tiga qubit dikeluarkan karena data kalibrasinya — yang dihubungkan oleh 102 kopler.

Memeriksa hasilnya secara langsung tidak mungkin: justru itulah yang tidak bisa dilakukan komputer klasik. Jadi tim memakai dua perkiraan independen atas fidelitas sirkuit:

uji “cermin”: jalankan sebuah sirkuit, lalu kebalikan eksaknya, dan periksa apakah qubit kembali ke keadaan awalnya — tanpa perlu simulasi;
uji “tambalan” (patch): potong sirkuit menjadi 3 atau 4 bagian yang cukup kecil untuk disimulasikan, lalu periksa tiap bagian.

Angka-angkanya

Kedua perkiraan sepakat pada setiap kedalaman yang diukur.
Fidelitas per siklus: 0,872, dibandingkan 0,836 pada Nighthawk r1 generasi pertama — lebih dari sepuluh kali lebih baik setelah 32 hingga 40 siklus.
Titik acuannya: 36 siklus, 918 gerbang dua-qubit, dengan fidelitas sekitar 0,0023. Satu juta sampel dikumpulkan dalam 19 detik.
Menghitung satu probabilitas keluaran saja secara klasik membutuhkan sekitar 10²² operasi — kira-kira dua hari kerja superkomputer Frontier.
Menghasilkan satu juta sampel yang sama secara klasik: sekitar 1,2 × 10²⁷ operasi, atau sekitar 110 tahun di Frontier.
Seluruh eksperimen memakai sekitar 11 menit waktu komputer kuantum.
“Akal-akalan” klasik yang dikenal — memotong sirkuit menjadi beberapa bagian untuk meniru skornya — tertinggal setidaknya sepuluh kali dari skor yang terukur.

Catatan kecil

Angka 110 tahun adalah perkiraan untuk satu algoritma klasik tertentu, bukan batas mutlak. Perkiraan itu mengandaikan memori tak terbatas, yang menguntungkan pihak klasik. Metode lain — memakai ulang hasil perhitungan untuk banyak probabilitas, simulasi aproksimasi — dapat menurunkan biayanya. Dan, tulis para penulis, sejarah tolok ukur ini menunjukkan bahwa sebagian di antaranya akan berhasil.

Tolok ukur yang bisa diulang siapa saja

Menurut para penulis, ini adalah demonstrasi pertama keunggulan kuantum dalam pengambilan sampel sirkuit acak standar pada prosesor komersial yang dapat diakses luas dan dapat direproduksi oleh sebagian besar pengguna non-ahli. Sirkuit, data — termasuk satu juta sampel itu — dan kodenya terbuka untuk umum.