Google Quantum AI memperkenalkan algoritma Quantum Echoes di chip kuantum Willow, menandai keunggulan kuantum yang dapat diverifikasi pertama di dunia. Terobosan ini membuka jalan menuju penerapan nyata dalam pemodelan molekul, penemuan obat, dan pengamatan fenomena alam melalui quantum scope.
Bayangkan Anda berusaha menemukan kapal karam di dasar samudra. Teknologi sonar mungkin memberi Anda bentuk yang kabur dan mengatakan, ada bangkai kapal di bawah sana. Namun, bagaimana jika Anda tidak hanya dapat menemukan kapal tersebut, tetapi juga dapat membaca papan nama di lambungnya? Tingkat presisi semacam itulah yang kini dicapai oleh chip kuantum Willow melalui algoritma Quantum Echoes.
Algoritma ini dirancang untuk mempelajari struktur sistem di alam, mulai dari molekul hingga magnet dan lubang hitam. Dalam makalah yang baru saja diterbitkan di Nature, Google Quantum AI mendemonstrasikan keunggulan kuantum yang dapat diverifikasi untuk pertama kalinya di dunia dengan menjalankan algoritma out of order time correlator (OTOC), yang disebut Quantum Echoes.
Arti penting dari keunggulan yang dapat diverifikasi adalah hasil perhitungan dapat diulang pada komputer kuantum Google atau komputer lain dengan kaliber yang sama dan menghasilkan jawaban yang sama. Hal ini menjadi dasar untuk verifikasi yang dapat diskalakan dan membawa komputer kuantum lebih dekat pada penerapan dunia nyata.
Algoritma ini berjalan 13.000 kali lebih cepat pada Willow dibandingkan algoritma klasik terbaik di salah satu superkomputer tercepat di dunia. Teknik baru ini bekerja seperti gema yang sangat canggih. Sinyal dikirim ke sistem kuantum qubit di chip Willow, satu qubit diganggu, kemudian evolusi sinyal dibalik secara presisi untuk mendengarkan echo yang kembali. Echo ini menjadi sangat sensitif karena diperkuat oleh interferensi konstruktif, fenomena ketika gelombang kuantum saling memperkuat satu sama lain.
Implementasi Quantum Echoes dimungkinkan karena didasari kemajuan hardware kuantum pada chip Willow, yang sebelumnya telah membuktikan kemampuannya melalui benchmark Random Circuit Sampling. Berbeda dengan tes kompleksitas sebelumnya, Quantum Echoes juga menguji presisi, sehingga hardware harus memiliki dua karakteristik utama, yaitu tingkat kesalahan yang sangat rendah dan operasi berkecepatan tinggi.
Komputer kuantum akan berperan penting dalam memodelkan fenomena mekanika kuantum, seperti interaksi antaratom dan bentuk molekul. Salah satu alat yang digunakan ilmuwan untuk memahami struktur kimia adalah Nuclear Magnetic Resonance (NMR). Dalam eksperimen terpisah, tim Google Quantum AI menunjukkan teknik baru mereka, sebuah molecular ruler yang dapat mengukur jarak lebih jauh dibandingkan metode saat ini, dengan menggunakan data NMR untuk memperoleh lebih banyak informasi tentang struktur kimia.
Dalam eksperimen proof-of-principle bersama University of California, Berkeley, algoritma Quantum Echoes dijalankan pada chip Willow untuk mempelajari dua molekul, masing-masing berisi 15 dan 28 atom. Hasil perhitungan pada komputer kuantum sesuai dengan hasil NMR tradisional, tetapi juga mengungkap informasi tambahan yang biasanya tidak terlihat dari NMR, memberikan validasi penting terhadap pendekatan ini.
Seperti halnya teleskop dan mikroskop membuka dunia yang tak terlihat, eksperimen ini menjadi langkah menuju quantum scope, sebuah alat untuk mengamati fenomena alam yang sebelumnya tidak dapat diukur. Quantum computing-enhanced NMR berpotensi menjadi alat penting dalam penemuan obat, membantu ilmuwan memahami cara molekul obat berinteraksi dengan targetnya, atau dalam ilmu material untuk mempelajari struktur molekul bahan baru seperti polimer, komponen baterai, dan bahkan material penyusun qubit itu sendiri.
Ashok Ajoy, kolaborator Google Quantum AI, asisten professor kimia, UC Berkeley, mengatakan, “Nuclear Magnetic Resonance, yang dekat dengan spektroskopi MRI, mengungkapkan struktur molekuler dengan mendeteksi putaran magnetik yang sangat kecil di pusat atom. Algoritma Quantum Echoes dari Google menunjukkan potensi komputer kuantum untuk secara efisien memodelkan dan mengurai interaksi kompleks dari putaran-putaran ini, bahkan mungkin melintasi jarak yang jauh. Seiring dengan kematangan komputasi kuantum, pendekatan semacam ini dapat meningkatkan spektroskopi NMR, menambah alat yang kuat dalam kotak alatnya untuk penemuan obat dan desain bahan canggih.”
