Sebuah tim peneliti kolaboratif telah mencapai tonggak penting dalam kimia komputasi: mensimulasikan sifat-sifat molekul yang mengandung 12.635 atom. Terobosan ini dicapai bukan dengan komputer kuantum yang berdiri sendiri, namun melalui pendekatan hybrid yang memanfaatkan kekuatan unik prosesor kuantum dan superkomputer konvensional.
Perkembangan ini menandai langkah penting menuju penggunaan komputasi kuantum untuk penemuan obat. Meskipun komputer kuantum secara teoritis ideal untuk memodelkan keadaan kuantum elektron yang kompleks dalam protein, komputer tersebut saat ini kurang memiliki stabilitas dan skala untuk menangani tugas-tugas tersebut sendirian. Dengan menggabungkan sumber daya, tim menunjukkan bahwa kemajuan praktis dapat dicapai bahkan dengan perangkat keras yang tidak sempurna saat ini.
Pendekatan Hibrid untuk Memecahkan Masalah Kuantum
Mensimulasikan molekul obat memerlukan penghitungan keadaan kuantum dan energi elektron yang tepat. Pada komputer klasik, penghitungan ini sering kali merupakan perkiraan yang sulit mengatasi kompleksitas. Komputer kuantum, yang beroperasi berdasarkan prinsip mekanika kuantum, secara alami cocok untuk pekerjaan ini. Namun, perangkat kuantum saat ini berukuran kecil dan rentan terhadap kesalahan, sehingga membatasi utilitas mandiri mereka.
Untuk mengatasi keterbatasan ini, para peneliti dari Klinik Cleveland, IBM, dan institut Jepang RIKEN mengembangkan alur kerja hibrid. Mereka membagi beban komputasi antara dua komputer kuantum IBM Heron dan dua superkomputer paling kuat di dunia, Fugaku dan Miyabi-G.
Prosesnya melibatkan pertukaran bolak-balik yang canggih:
* Komputer Quantum: Menangani penghitungan yang spesifik dan rumit untuk fragmen molekul.
* Superkomputer: Memproses data struktural yang lebih luas dan mengintegrasikan hasilnya.
Upaya kolaboratif ini berlangsung selama lebih dari 100 jam, menghasilkan simulasi dua “kompleks protein-ligan”—kombinasi protein dan molekul kecil yang penting bagi penelitian biomedis. Tim juga mensimulasikan molekul dalam lapisan air, menambahkan lapisan realisme yang mencerminkan kondisi laboratorium.
Mengapa Ini Penting: Menjembatani Kesenjangan dalam Penggunaan Praktis
Molekul yang disimulasikan dalam penelitian ini kira-kira 40 kali lebih besar dibandingkan pemegang rekor simulasi berbantuan kuantum sebelumnya. Meskipun keakuratan hasil lebih unggul daripada metode standar dibandingkan dengan metode standar, pencapaiannya terletak pada kelayakannya.
“Ini adalah impian saya, dan inilah kami,” kata Kenneth Merz dari Klinik Cleveland, merefleksikan tujuan lama dalam menggunakan teknologi kuantum untuk wawasan biomedis.
Jerry Chow dari IBM mencatat bahwa proses hibrid kemungkinan besar lebih cepat dibandingkan jika menggunakan superkomputer saja, hal ini menunjukkan bahwa perangkat keras kuantum sudah menawarkan nilai untuk bagian-bagian tertentu dari perhitungan. Hal ini menantang anggapan bahwa kita harus menunggu komputer kuantum yang sempurna dan bebas kesalahan sebelum melihat manfaat praktisnya.
Perspektif Pakar: Kemajuan di Tengah Ketidakpastian
Komunitas ilmiah memandang pekerjaan ini sebagai langkah yang signifikan, meskipun masih awal. Junyu Liu dari Universitas Pittsburgh memuji tim tersebut karena menawarkan “langkah-langkah praktis menuju perhitungan kuantum yang berguna menggunakan perangkat keras yang benar-benar digunakan.” Dia menggambarkan skala eksperimen tersebut sebagai “benar-benar mengesankan”.
Namun, Liu juga menyoroti sebuah pertanyaan terbuka: apakah metode hibrid ini dapat dibuktikan secara matematis untuk menjamin kinerja yang unggul—dikenal sebagai keunggulan kuantum —dalam semua kasus. Untuk saat ini, pendekatan ini berfungsi sebagai jembatan, menjadikan komputer kuantum berguna sebelum sepenuhnya bebas dari kesalahan.
Seperti yang ditegaskan Chow, rekor ini bukanlah titik akhir yang pasti, melainkan sebuah permulaan. Bidang ini saat ini berada dalam fase mendorong batas-batas dari apa yang mungkin dilakukan, dengan perkembangan yang lebih menarik mungkin akan segera terjadi.
Kesimpulan
Simulasi hibrid ini menunjukkan bahwa komputer kuantum sudah dapat berkontribusi terhadap masalah ilmiah yang kompleks jika dipasangkan dengan superkomputer klasik. Meskipun keunggulan kuantum penuh masih menjadi tujuan masa depan, terobosan ini membuktikan bahwa simulasi molekuler skala besar yang praktis dapat dicapai saat ini.
