Chip kuantum Willow milik Google mendemonstrasikan keunggulan kuantum yang dapat diverifikasi pada hardware

• "Langkah besar menuju aplikasi nyata komputasi kuantum, algoritme ‘Quantum Echoes’ dari Google"
• Algoritme Quantum Echoes berjalan pada chip kuantum Willow milik Google, dan diumumkan sebagai kasus keunggulan kuantum yang dapat diverifikasi (Verifiable) pertama di dunia
• Algoritme ini dapat menghitung struktur molekul dan mensimulasikan sistem di alam, serta menunjukkan kinerja 13.000 kali lebih cepat dibanding superkomputer tercepat konvensional
• Quantum Echoes menggunakan metode mengembalikan dan mengukur ‘gema’ sinyal kuantum, memperkuat interferensi halus sehingga memungkinkan perhitungan dengan presisi ekstrem
• Dalam eksperimen yang dilakukan bersama UC Berkeley, sistem ini memprediksi struktur geometri molekul secara akurat dan juga menangkap informasi jarak antarmolekul yang tidak dapat diketahui dengan metode NMR sebelumnya
• Pencapaian ini dinilai sebagai titik balik penting bagi masuknya komputasi kuantum ke bidang industri nyata seperti pengembangan obat, sains material, dan riset fusi nuklir

---

Kemunculan dan makna algoritme Quantum Echoes

• Melalui riset ini, Google membuktikan bahwa komputer kuantum dapat melampaui superkomputer tercepat sekaligus tetap memungkinkan hasilnya diverifikasi
  • Ini bukan sekadar “keunggulan kuantum (Quantum Supremacy)”, melainkan komputasi ‘yang dapat diverifikasi’ di mana hasil yang sama dapat direproduksi melalui eksperimen berulang
• Algoritme OTOC (Out-of-Time-Order Correlator) yang diimplementasikan pada chip Willow bekerja dengan cara memajukan sinyal, lalu mengganggu satu qubit, kemudian mengembalikannya ke arah sebaliknya untuk mengukur ‘gema’
  • Efek interferensi kuantum (constructive interference) memperkuat sinyal sehingga perubahan yang sangat kecil pun dapat dideteksi
• Chip Willow menggunakan susunan 105 qubit, dan mewujudkan pengukuran presisi ini melalui tingkat kesalahan yang rendah dan kecepatan komputasi yang tinggi

Chip Willow dan fondasi teknisnya

• Willow adalah chip kuantum terbaru yang diumumkan Google pada 2024, sebuah platform yang sangat meningkatkan teknologi penekanan kesalahan dan memecahkan tantangan sulit selama sekitar 30 tahun
• Pada benchmark Random Circuit Sampling sebelumnya, Willow membuktikan performa unggul dengan memaksimalkan kompleksitas keadaan kuantum
• Quantum Echoes bukan eksperimen kompleksitas semata, melainkan bentuk komputasi baru yang memodelkan eksperimen fisik, sebuah pengujian menantang yang harus memverifikasi sekaligus presisi dan kompleksitas

Perhitungan struktur molekul dan verifikasi eksperimen

• Google dan UC Berkeley bersama-sama melakukan eksperimen perhitungan geometri molekul berbasis kuantum
  • Menerapkan algoritme Quantum Echoes pada dua molekul yang masing-masing terdiri dari 15 dan 28 atom
  • Hasilnya sesuai dengan hasil NMR (resonansi magnetik nuklir) yang ada, sekaligus menghasilkan informasi jarak antarmolekul baru yang tidak dapat diamati dengan teknik sebelumnya
• Ini membuktikan kemungkinan bahwa Quantum Echoes dapat menjadi alat baru untuk mengukur struktur layaknya ‘penggaris molekuler’
  • Terutama memiliki potensi besar untuk digunakan dalam analisis material baru seperti struktur pengikatan obat, material baterai, dan polimer

Kemajuan menuju aplikasi nyata

• Pencapaian ini dinilai sebagai sinyal awal bahwa komputer kuantum dapat mulai mendekati penyelesaian masalah industri nyata di bidang farmasi, ilmu hayati, dan riset material
• Quantum Echoes adalah contoh empiris yang menunjukkan bahwa mesin kuantum dapat memodelkan interaksi alam secara presisi
  • Contoh: analisis struktur saat kandidat obat berikatan dengan protein, atau memahami susunan molekul material konduktif baru
• Google saat ini sedang menuju ‘Milestone 3’, yaitu implementasi logical qubit yang berumur panjang
  • Ini adalah tahap kunci yang kelak akan mengarah pada pengembangan komputer kuantum dengan koreksi kesalahan penuh

Prospek ke depan

• Quantum Echoes tercatat sebagai riset pertama yang sekaligus membuktikan tiga elemen komputasi kuantum: akurasi, reproduktibilitas, dan penerapan
• Melalui riset ini, Google mengajukan konsep “quantum-scope”, dan menunjukkan kemungkinan alat baru untuk meneliti fenomena alam yang sebelumnya tidak dapat diamati
• Kemajuan semacam ini dinilai sebagai titik balik yang menandai bahwa teknologi kuantum telah melampaui tahap laboratorium dan mulai memasuki tahap aplikasi industri

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Saya cukup khawatir soal perkembangan komputer kuantum setelah menonton presentasi DEFCON(https://www.youtube.com/watch?v=OkVYJx1iLNs) kalau saya punya Bitcoin
  • Memang ada skema kriptografi kunci publik tertentu yang rentan terhadap algoritme kuantum, tetapi bagian inti blockchain Bitcoin tidak terdampak secara langsung. Bahkan untuk membobol satu kunci privat dengan komputer kuantum pun akan butuh waktu beberapa hari hingga beberapa minggu, jadi masih ada cukup peringatan dini. Namun, saya justru lebih khawatir soal keamanan pesan terenkripsi ujung-ke-ujung seperti WhatsApp dan Signal. Pesan yang disadap di tengah jalan bisa didekripsi di masa depan, jadi lebih baik cepat beralih ke kriptografi yang lebih kuat. Signal baru-baru ini membuat kemajuan penting di area ini (https://arstechnica.com/security/2025/10/why-signals-post-quantum-makeover-is-an-amazing-engineering-achievement/) (https://arxiv.org/pdf/2505.15917)
  • Ancaman komputasi kuantum sudah merupakan masalah yang dikenal luas. Masih ada cukup waktu untuk menanganinya, dan upaya mitigasi sedang berlangsung di seluruh dunia. Jika khawatir soal serangan kriptografi kuantum, maka yang terancam bukan hanya kripto, tetapi juga bank, akun pialang, email, SMS, dan hampir semua layanan digital
  • Setiap kali saya menyebut komputasi kuantum sebagai ancaman keamanan bagi kripto, saya selalu mendapat banyak penolakan. Momen yang membuat saya sadar betapa banyaknya HODLer (investor kripto). Pada akhirnya, investasi kripto sampai taraf tertentu adalah taruhan atas kemungkinan komputasi kuantum tidak terwujud
• Apakah istilah “verifiable” berarti “cukup jalankan dua kali dan hasilnya sama”? Verifiability kuantum berarti komputer kuantum tersebut, atau komputer kuantum lain yang setara, dapat menghasilkan jawaban yang sama berulang kali sehingga kepercayaannya terbentuk
  • Sepemahaman saya, 'verifiability' berarti harus bisa dibuktikan secara teoretis kepada orang skeptis yang hanya memakai komputer klasik bahwa perangkat kuantum itu memang bekerja dengan benar. Ini butuh pembuktian yang ketat seperti Mahadev(https://arxiv.org/abs/1804.01082) dan Aaronson(https://arxiv.org/abs/2209.06930). Eksperimen RCS sebelumnya tidak punya kemampuan ini, jadi kalau ini benar-benar 'quantum supremacy yang dapat diverifikasi', itu akan jadi kemajuan besar, tetapi makalahnya hampir tidak menyinggung hal ini. Tidak seperti siaran persnya, ini lebih sekadar menunjukkan "arah yang menjanjikan" daripada benar-benar membuktikan supremacy
  • Di mana pun dalam makalah itu, konsep 'verifiability' sendiri tidak dibahas dengan jelas. Dari yang saya pahami, eksperimen quantum supremacy sebelumnya adalah soal sampling dari distribusi probabilitas yang rumit, sehingga sulit diverifikasi apakah dilakukan dengan benar. Sebaliknya, eksperimen kali ini menghasilkan nilai ukur berupa angka yang jelas (misalnya bisa langsung dibandingkan dengan sistem eksperimen lain atau komputer lain), sehingga nilai ukurnya sendiri bisa dibandingkan. Hanya saja, pada eksperimen sebelumnya nilai harapan dari sampel-sampelnya semuanya mendekati 0 sehingga sulit benar-benar diamati. Sebagai catatan, ini tebakan saya karena tidak ada penjelasan resmi
  • Artinya lebih dari sekadar level ‘berjalan di mesin saya’, melainkan algoritmenya bekerja secara konsisten di berbagai komputer kuantum
  • Inti eksperimen ini adalah contoh pertama di mana ‘quantum supremacy’ berhasil diverifikasi. Di isi artikelnya ada pernyataan, “Untuk pertama kalinya dalam sejarah, komputer kuantum berhasil menjalankan algoritme yang dapat diverifikasi dan melampaui kemampuan superkomputer”
  • Maksudnya diulang sebanyak angka N, jadi bukan sekadar dijalankan 2 kali
• Dari bagian seperti "13.000 kali lebih cepat daripada superkomputer tercepat", "verifiability kuantum berarti hasil yang sama terus muncul pada komputer kuantum kami atau komputer setara", dan "hasilnya cocok dengan NMR sekaligus mengungkap informasi tambahan yang tidak bisa diketahui lewat NMR", kelihatannya akhirnya quantum supremacy yang nyata benar-benar telah dibuktikan
  • Kalau dilihat cepat dari makalahnya, "informasi yang biasanya tidak bisa diketahui lewat NMR" itu berarti perhitungan Jacobian dan Hessian dari Hamiltonian. Artinya, hanya dengan menjalankan eksperimen kuantum, kita bisa langsung mensimulasikan dynamics sistemnya. Jacobian dan Hessian adalah matriks turunan pertama dan kedua terhadap semua parameter
• Saya ingin mendengar pendapat para ahli komputasi klasik tentang hasil dan klaim kali ini. Dulu juga pernah ada deklarasi quantum supremacy, lalu tim lain menunjukkan hasil yang lebih baik dengan algoritme klasik yang dioptimalkan
• Saya bagikan informasi makalah terkait
  Makalah idenya: Quantum Computation of Molecular Structure Using Data from Challenging-To-Classically-Simulate Nuclear Magnetic Resonance Experiments(https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.3.030345).
  Verifikasi hasil di komputer kuantum lain (belum dilakukan): Observation of constructive interference at the edge of quantum ergodicity(https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6)
• Saya penasaran apakah hasil kali ini masih termasuk masalah RCS, atau masalah yang mirip. Setahu saya, apa yang bisa dilakukan komputer kuantum saat ini pada akhirnya tetap mengarah ke ‘mensimulasikan komputer kuantum itu sendiri’
  • Eksperimen random circuit sampling (RCS) yang dulu terkenal dan yang kali ini cukup berbeda. Hasil RCS berupa bitstring acak yang tidak terenkripsi, jadi tiap kali dijalankan hasilnya berubah. Karena sifatnya acak, tidak ada keterulangan dan sebenarnya juga tidak terlalu menarik (intinya hanya bahwa komputer kuantumlah satu-satunya yang bisa membuatnya secara efisien). Eksperimen kali ini bisa menghasilkan hasil yang sama setiap kali dijalankan, memakai sirkuit yang terstruktur sehingga jauh lebih mudah dikendalikan. Sebagai bonus, ada keterkaitan dengan spektroskopi molekul, jadi walau skalanya masih kecil, terlihat ada tanda-tanda pemanfaatan yang bermakna ke depan (lebih berguna daripada sekadar membuat bitstring acak)
  • Eksperimen kali ini bukan masalah RCS atau terkait teori bilangan. Presentasinya membahas algoritme yang dinamai “Quantum Echoes”. Setelah pengaturan eksperimen selesai, satu qbit diganggu lalu ‘gema’ di seluruh sistem diamati. Dengan ini mereka mereplikasi eksperimen klasik di bidang yang selama ini dilakukan dengan NMR, dan bahkan memperoleh data yang sulit didapat dengan metode lama
• Ini tampaknya seperti komputasi yang benar-benar berguna, jadi saya penasaran apakah berbeda dari hasil-hasil sebelumnya
  • Di dunia nyata, ini tetap sepenuhnya belum berguna. Dan juga belum bisa dibilang benar-benar dapat diverifikasi
• Setahu saya chip kuantum hanya bisa menjalankan sebagian algoritme karena keterbatasan gerbang yang bisa diimplementasikan. Saya penasaran apakah chip kuantum itu benar-benar komputer universal (Universal Computer)
• Pengumuman seperti “mendemonstrasikan algoritme yang untuk pertama kalinya mencapai quantum supremacy yang dapat diverifikasi dalam perangkat keras” rasanya sudah beberapa kali saya lihat, termasuk dari Google
  • Yang jadi inti kali ini adalah "dapat diverifikasi". Artinya, komputasi yang secara klasik akan memakan waktu terlalu lama berhasil menghasilkan keluaran yang bisa direproduksi secara berulang dan konsisten dengan komputer kuantum. Sebaliknya, pada hal seperti RCS, keluarannya berubah setiap kali sehingga tidak bisa diverifikasi
  • Kalau ini benar, hasilnya memang sesuai harapan. Quantum supremacy itu sendiri berada pada suatu spektrum, dari ‘perbandingan dengan jawaban klasik yang bisa kita dapatkan dengan mengerahkan sumber daya dan teknologi semaksimal mungkin’ hingga ‘keluaran berguna yang dapat diverifikasi secara formal’
  • Dari Google saja ini sudah yang ketiga kalinya
  • Kali ini diumumkan bersama makalah Nature, jadi bisa dilihat punya makna berbeda dari sebelumnya(https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6)
• Saya bukan ahli kuantum, tetapi rasanya berita seperti ini sudah terus muncul lebih dari 10 tahun tanpa hasil yang benar-benar bisa dipakai
  • Ini sangat bagus untuk menarik pendanaan riset fisika. Walaupun tidak berguna, saya tetap merasa itu lebih baik daripada dipakai untuk biaya politik atau pengawasan
  • Saya juga bukan ahli, jadi semoga ada yang bisa menambahkan penjelasan. Menurut pemahaman saya, semuanya masih tahap awal. Membuktikan bahwa algoritme kuantum itu mungkin saja sudah sangat berarti. (Sepertinya itu juga klaim artikel ini.) Kalau itu memang sudah terbukti, tahap berikutnya adalah punya lebih banyak qubit, pasangan entangled, dan tingkat error yang lebih rendah agar bisa diterapkan ke masalah nyata. Pengumuman seperti ini kemungkinan besar memang benar, tetapi dalam ‘cakupan yang sangat kecil’. Mirip seperti pengumuman "mengembangkan algoritme faktorisasi 10 ribu kali lebih cepat dari kecepatan terbaik saat ini!" yang ternyata dalam praktiknya hanya bisa memfaktorkan sampai 103
  • Jika perusahaan bergerak mengikuti laba, maka yang akan membanjir bukan reputasi ilmiah atau riset lanjutan yang nyata, melainkan promosi berlebihan untuk investor dan pemegang saham. Klaim-klaim bombastis semacam ini menyasar pemegang saham yang tertarik pada keuntungan masa depan tetapi tidak punya kemampuan menilai isi teknis sebenarnya. Ini fenomena yang wajar saat sains diserahkan kepada korporasi