Sistem kriogenik modular disebut quantum fridge yang memang terlihat seperti kulkas komersial. Foto: IBMRaksasa teknologi AS, IBM, sukses mengembangkan sistem kriogenik modular yang disebut quantum fridge (kulkas kuantum) untuk menghubungkan ratusan chip komputer kuantum. Teknologi ini dirancang menjadi salah satu fondasi bagi komputer kuantum yang mampu beroperasi dengan tingkat kesalahan sangat rendah.IBM memperkenalkan sistem pendingin modular ultradingin yang dirancang untuk mengatasi salah satu tantangan terbesar dalam pengembangan komputer kuantum, yakni infrastruktur. Sistem yang bentuknya menyerupai kulkas tersebut dapat menjaga suhu hingga 10 milikelvin atau sekitar minus 273,14 derajat Celsius, mendekati titik nol absolut.IBM berencana menggunakan teknologi ini untuk membangun komputer kuantum fault-tolerant atau tahan terhadap kesalahan pada 2029. Komputer tersebut ditargetkan mampu menjalankan hingga 100 juta operasi kuantum tanpa gangguan. Sistem baru ini memungkinkan beberapa quantum processing unit (QPU) ditempatkan dalam modul kriogenik terpisah dan kemudian dihubungkan untuk bekerja sebagai satu kesatuan.Menurut IBM, pendekatan modular tersebut menjadi langkah penting untuk memperbesar skala komputer kuantum tanpa harus membangun satu sistem pendingin raksasa yang sulit dirawat dan dikembangkan.Kulkas yang Suhunya Mendekati Nol AbsolutSistem kriogenik baru IBM terdiri atas sejumlah unit terpisah dengan tinggi dan lebar sekitar 2,4 meter. Setiap unit memiliki kapasitas internal sekitar 0,25 meter kubik. Sekilas, perangkat ini memang menyerupai kulkas rumah tangga. Namun, kemampuannya jauh berbeda. Sistem tersebut dapat mencapai suhu hingga 10 milikelvin, setara dengan minus 273,14 derajat Celsius.Suhu tersebut sedikit di atas nol absolut, yakni suhu teoritis terendah yang mungkin dicapai. Kondisinya bahkan lebih dari 180 kali lebih dingin dibandingkan ruang antariksa. Suhu ekstrem ini diperlukan agar quantum processing unit (QPU) superkonduktor IBM dapat bekerja dengan baik.Sama seperti komputer konvensional, komputer kuantum superkonduktor menggunakan sirkuit internal atau gates untuk melakukan operasi pemrosesan. Bedanya, komputer kuantum menggunakan qubit, unit informasi yang berbeda dari bit pada komputer konvensional.IBM (International Business Machines Corporation) kembangkan sistem kriogenik modular yang disebut “quantum fridge”.Qubit sangat rentan terhadap gangguan. Panas dan berbagai gangguan lain, termasuk gelombang elektromagnetik, dapat menyebabkan kesalahan dalam proses komputasi. Karena itu, QPU superkonduktor harus ditempatkan dalam lingkungan dengan suhu yang sangat rendah agar sifat kuantum material superkonduktor tetap terjaga.Untuk mencapai kondisi tersebut, sistem baru IBM menggunakan perangkat kriogenik pihak ketiga yang mengandalkan kompresor kriogenik helium dan mesin pendingin dilution refrigeration. Perlindungan termal juga dilakukan menggunakan ruang tertutup kedap udara, gasket untuk mengurangi interferensi elektromagnetik, serta lapisan pelindung panas berbahan Mylar.IBM mengatakan modul membutuhkan waktu lebih dari empat hari untuk mencapai suhu sekitar 4 kelvin atau minus 269,15 derajat Celsius. Setelah itu, sistem dapat didorong hingga mencapai suhu di bawah 15 milikelvin.Salah satu masalah dalam pengembangan komputer kuantum adalah keterbatasan jumlah qubit yang dapat ditempatkan dalam satu chip. Untuk menjalankan operasi kuantum dalam jumlah yang lebih besar, peneliti membutuhkan lebih banyak chip dan ruang. Namun, menempatkan seluruh QPU di dalam satu fasilitas pendingin berukuran sangat besar bukan solusi ideal.Sistem semacam itu akan membutuhkan infrastruktur yang sangat kompleks. Selain itu, setiap kali teknisi perlu melakukan peningkatan sistem, memperbaiki kerusakan perangkat keras, atau memeriksa chip, mereka berpotensi harus membuka sistem isolasi suhu.Hal tersebut dapat mengganggu operasi komputer kuantum. IBM mencoba mengatasi persoalan tersebut dengan pendekatan modular. Setiap modul dapat menampung sejumlah chip, kemudian beberapa modul dihubungkan untuk menggabungkan kemampuan komputasinya.Kunci teknologi tersebut adalah L-coupler, kabel superkonduktor sepanjang sekitar 1 meter. Oliver Dial, Vice President of Quantum Operations IBM, menjelaskan bahwa dalam sistem konvensional, operasi antarqubit dilakukan melalui coupler yang berada di dalam chip. L-coupler memungkinkan proses serupa dilakukan melalui kabel superkonduktor berbahan aluminium yang panjangnya dapat mencapai sekitar 1 meter. Teknologi tersebut menjadi fondasi bagi desain komputer kuantum modular IBM.Menurut IBM, pencapaian ini merupakan kali pertama para ilmuwan mendemonstrasikan keterhubungan QPU yang berada di dalam modul kriogenik berbeda.Targetkan 100 Juta Operasi Kuantum pada 2029IBM berencana mulai menerapkan arsitektur kriogenik modular tersebut pada 2027. Untuk tahap awal, sistem akan menggunakan dua hingga tiga sel yang secara keseluruhan mendukung sekitar 1.000 qubit.Target berikutnya jauh lebih ambisius. Pada 2029, IBM ingin komputer kuantum Starling mampu menjalankan hingga 100 juta quantum gates atau 100 juta operasi kuantum dalam satu sesi. Kemampuan tersebut menjadi bagian penting dari ambisi IBM menghadirkan komputer kuantum fault-tolerant.Komputer kuantum fault-tolerant memungkinkan operasi tetap berjalan meski terdapat gangguan dan kesalahan pada sistem. Dengan teknologi koreksi kesalahan kuantum, kesalahan dapat diperbaiki sehingga komputasi yang kompleks dapat dilakukan tanpa terganggu noise.Jika berhasil diwujudkan, komputer semacam ini berpotensi membuka penelitian baru di berbagai bidang, mulai dari kimia, ilmu material hingga fisika teoretis. Namun, IBM masih harus membuktikan bahwa sistem modular tersebut mampu melakukan komputasi kompleks antarmodul.Sejauh ini, peneliti baru mendemonstrasikan bahwa dua modul kriogenik dapat dihubungkan dan didinginkan secara bersamaan hingga mencapai suhu operasi yang dibutuhkan. Pengujian awal dilakukan menggunakan prosesor Flamingo untuk menjalankan operasi gerbang kuantum sederhana. Tim IBM belum melakukan operasi kompleks antarmodul tersebut. IBM berencana memasang prosesor generasi terbaru, Nighthawk, dalam sistem tersebut.Jerry Chow, Chief Technology Officer of Quantum-Centric Supercomputing IBM, mengatakan pencapaian fault tolerance tidak bergantung pada satu terobosan besar.“Ini bukan tentang satu terobosan untuk mencapai fault tolerance. Ini benar-benar tentang ribuan pencapaian rekayasa kecil yang kami demonstrasikan di seluruh ekosistem,” kata Chow.Menurutnya, pengembangan tersebut mencakup prosesor, perangkat lunak, sistem kendali, infrastruktur hingga teknologi koreksi kesalahan.IBM bukan satu-satunya perusahaan yang mengembangkan teknologi komputer kuantum. Laboratorium komputer kuantum saat ini menggunakan berbagai sistem kriogenik mandiri. Di sisi lain, sejumlah pendekatan berbeda juga dikembangkan untuk membuat komputer kuantum yang dapat beroperasi pada suhu ruangan.Beberapa sistem menggunakan foton, atau partikel cahaya, sebagai qubit. Ada pula penelitian yang menggunakan berlian buatan untuk memungkinkan operasi kuantum pada suhu yang lebih tinggi.IBM tetap optimistis sistem modularnya akan menjadi bagian penting dalam mewujudkan komputer kuantum fault-tolerant. Perusahaan bahkan menyebut Starling sebagai kandidat komputer kuantum fault-tolerant pertama di dunia ketika diluncurkan nanti.Namun, target tersebut belum menjadi kepastian. Perusahaan-perusahaan lain di industri komputer kuantum juga tengah mengejar pencapaian serupa.Dengan begitu, “quantum fridge” modular IBM bukan sekadar sistem pendingin, teknologi ini merupakan upaya untuk memecahkan persoalan infrastruktur yang selama ini menjadi salah satu penghambat utama dalam memperbesar skala komputer kuantum.