Revolusi Kuantum: Komputer Kuantum dan Sains abad ke-21

Pada abad ke-20 (dan awal abad ke-21), tak diragukan lagi bahwa mekanika kuantum telah sangat berpengaruh terhadap kehidupan kita, walau beroperasi di skala yang jauh lebih kecil daripada daya tangkap mata kita. Keberhasilannya menerangkan dunia subatomik bukan cuma melandasi fisika dan kimia, melainkan juga elektronika modern. Misalnya, pemahaman aturan kuantum yang menerangkan perilaku elektron di bahan semikonduktor seperti silikon, telah memantapkan pondasi dunia teknologi kita. Tanpa pemahaman tentang semikonduktor, kita tidak akan mampu mengembangkan transistor, berikutnya mikrochip dan komputer. Superkomputer gawai yang kita bawa kemana-mana (gadget atau smartphone kita) kini tanpanya, banyak diantara kita yang akan merasa hampa, dipenuhi oleh sihir elektronik yang tidak mungkin ada tanpa mekanika kuantum. Hal yang sama berlaku untuk banyak perkakas rumah kita, dari TV dan konsol gim sampai lampu LED modern dan pengindra asap, serta tentu saja internet. Tak salah, keseluruhan industri telekomunikasi bergantung pada penerapan teknologi mekanika kuantum, seperti laser dan penguat optis. Tidak ada rumah sakit modern yang bisa beroperasi tanpa penerapan mekanika kuantum, dari MRI, PET, pemindai CT, sampai operasi laser.

Revolusi kuantum pun baru saja mulai. Kita akan segera menyaksikan banyak mukjizat teknologi pada beberapa dasawarsa mendatang, yang timbul dari riset terkini fisika kuantum, seperti bahan pintar dan topologis. Contohnya grafin (graphene), material yang lebih kuat dari baja dan berlian, dalam film fiksi ilmiah, kita mungkin akan menyebutnya dengan vibranium dalam dunia nyata! Graphene adalah material yang terdiri dari selapis atom karbon yang tersusun menurut kisi kristal heksagonal. Keunikan graphene terletak pada sifat mekaniknya yang luar biasa, dimana ia sangat kuat, ringan, dan memiliki konduktivitas termal serta listrik yang tinggi, tergantung bagaimana caranya dibentuk dan dimanipulasi, grafin bisa berfungsi sebagai insulator, konduktor, atau bahkan semikonduktor. 

Graphene memiliki kekuatan mekanik yang luar biasa karena ikatan kovalen antara atom karbon yang sangat kuat. Meskipun hanya memiliki satu lapisan atom, graphene dapat menahan tekanan dan tarikan dengan baik. Sifat ini membuatnya lebih kuat dari baja dalam hal kekuatan per beratnya.

Terlebih, riset terkini menyiratkan bahwa dua lapis grafin yang ditekuk terhadap satu sama lain menurut sudut tertentu, dalam kondisi suhu rendah tertentu serta dalam medan listrik lemah, ia berperlaku seperti superkonduktor yang bisa dialiri tanpa hambatan sama sekali, dan ya... lagi-lagi merupakan satu fenomena kuantum. Teknik itu disebut sebagai twistronics, dan diperkirakan akan diterapkan di banyak alat elektronik yang bahkan belum terbayang sekarang.

Dan masih banyak lagi. Satu generasi alat dan teknologi yang sekarang tengah dikembangkan, akan menjamur pada era kita, alat yang mampu menciptakan dan mengotak-atik keadaan eksotis zat dengan menggunakan trik-trik dunia kuantum dalam cara baru. Kemajuan di bidang seperti teori informasi kuantum, optika kuantum, dan nanoteknologi memungkinkan kita mengembangkan beraneka alat sejenis. Misal, gravimeter kuantum amat cermat akan mampu memetakan perubahan kecil di medan gravitasi Bumi, sehingga ahli geologi bisa menentukan lokasi cadangan mineral batu atau pipa di bawah jalan untuk mengurangi gangguan ketika kita mau mengaksesnya. Kamera kuantum akan memiliki sensor yang memudahkan kita melihat dibalik suatu halangan, pencitraan kuantum akan memungkinkan pemetaan non-intrusif aktivitas yang berpotensi menyembuhkan banyak kondisi, salah satunya pikun. Lalu, distribusi kunci kuantum (quantum key distribution/ QKD) akan memungkinkan kita bertukar informasi secara aman dari satu tempat ke tempat lain. Teknologi kuantum akan membantu kita membangun mesin molekular buatan yang mampu menjalankan banyak tugas.

Kedokteran adalah contoh pas untuk bidang yang akan paling terdampak dunia kuantum dalam beberapa tahun ke depan. Jauh pada skala yang bahkan lebih kecil dari pada sel hidup, kita akan menyaksikan kemunculan beragam teknologi baru yang spektakuler, seperti nanozarah dengan sifat kuantum khas yang bisa menempel ke antibodi demi menangkal infeksi, atau "terprogram" untuk mengganda hanya di dalam sel tumor, atau bahkan mengambil gambar sel tumor dari dalam. Lalu, sensor kuantum akan memungkinkan kita mengukur secara jauh lebih cermat sehingga bisa membantu mencitrakan biomolekul individual. Ditambah bantuan komputer kuantum (yang akan dibahas dibagian selanjutnya), kita seharusnya bisa mengurutkan DNA dengan jauh lebih cepat, sekaligus melakukan beberapa tugas yang melibatkan penyelidikan cermat atas "mahadata" tentang seluruh aspek kesehatan, bahkan sampai tingkat molekuler. 

Dan tentu masih banyak lagi kemajuan teknologi yang akan menanti kita, ribuan kemajuan teknologi dan teknik di komunikasi, kedokteran, transportasi, teknologi gambar, serta pengindraan yang akan datang. Terima kasih Fisika!

Komputer kuantum dan sains abad ke-21

Jika kita berpikir bahwa revolusi kuantum abad kemarin telah mencengangkan, tunggu saja giliran abad ke-21. Semua kemajuannya bukan hanya akan menghadiahi kita "mainan" yang menurut beberapa pihak justru akan merepotkan hidup kita disaat yang sama. Kemajuan abad ke-21 juga bakal membantu kita memecahkan beberapa masalah terbesar yang dihadapi umat manusia, mentransformasi dunia kita dengan cara yang tak terbayangkan. Salah satu penerapan fisika paling menarik pada masa depan tak diragukan lagi ialah komputer kuantum, kita mungkin tahu bahwa komputer digital telah mengubah setiap aspek kehidupan kita. Namun, kemunculan kuantum komputer bahkan bisa lebih bersejarah dari komputer digital. Kita sekarang berada di tahap awal revolusi berikutnya, sebuah komputer generasi baru, The Ultimate computer! Sebuah komputer yang dikomputasikan oleh atom, yang merupakan unsur pokok materi itu sendiri. Komputer kuantum bakal dipakai untuk menyelesaikan beragam tugas yang mustahil dilakukan sekarang, bahkan oleh superkomputer paling hebat. Komputer kuantum diharapkan mampu menolong umat manusia membereskan banyak masalah rumit dalam sains, terutama jika dikolaborasikan dengan kecerdasan buatan. 

Mungkin sebagai pengantar, saya akan menerangkan terlebih dahulu tentang bagaimana sejarah terciptanya komputer. Dalam sejarah manusia terdapat 3 generasi komputer yang telah manusia ciptakan. 

Generasi pertama mungkin kita akan mengingat nama Charles Babbage sebagai orang yang pertama kali mengemukakan gagasan tentang komputer. Dia menciptakan komputer analog dengan ratusan roda gigi, tuas, dan katrol. Dan dengan memutar 'crank', kita dapat menghitung garis bujur, garis lintang, dan lain-lain.