MATARAM, LOMBOK FOKUS — Nama Nusa Tenggara Barat kembali muncul dalam percakapan riset sains dan teknologi tingkat internasional. Kali ini datang dari Agus Mulia Bakti, alumni Universitas Pendidikan Mandalika (UNDIKMA), yang berhasil merumuskan tingkat pemurnian (purification rates) sebuah qubit ketika diukur secara bergantian menggunakan dua basis pengukuran.
Penelitian tersebut menghasilkan temuan menarik berupa fenomena yang disebut “blind spot” atau titik buta pada sudut 90 derajat.
Pada kondisi tersebut, ukuran laju pemurnian yang diteliti justru tidak lagi merespons gangguan atau noise kuantum.
Temuan Agus dituangkan dalam karya ilmiah berjudul “Exact Purification Rates for Alternating Qubit Measurements and Their Blind Spot at Right Angles.” Naskah tersebut tersedia melalui platform Qeios dan telah melalui proses telaah terbuka.
Berawal dari Pertanyaan Sederhana tentang Qubit
Secara sederhana, penelitian Agus berangkat dari pertanyaan mengenai apa yang terjadi pada sebuah qubit ketika diukur berulang kali menggunakan dua basis yang berbeda.
Dalam komputer kuantum, qubit merupakan unit informasi dasar. Berbeda dengan bit klasik yang hanya mengenal nilai 0 atau 1, keadaan qubit dapat direpresentasikan secara geometris menggunakan bola Bloch.
Agus kemudian memodelkan proses pengukuran dengan pola berulang: basis A, kemudian basis B, lalu kembali ke basis A dan seterusnya.
Jarak antara kedua basis pengukuran tersebut dinyatakan melalui sudut θ.
Dari model pengukuran proyektif atau pengukuran “tajam”, Agus menurunkan formula eksak untuk laju purifikasi rata-rata dalam kondisi tunak:
r(θ) = ½ sin θ · √(1 + sin θ)
Formula tersebut menunjukkan bahwa laju purifikasi meningkat secara mulus dari nol ketika sudut berada pada 0 derajat hingga mencapai sekitar 0,707 pada sudut 90 derajat.
Berbeda dengan Ukuran Noise Robustness
Temuan tersebut sekaligus memperlihatkan adanya perbedaan antara laju purifikasi yang dihasilkan dari proses pengukuran berulang dengan ukuran noise robustness yang selama ini digunakan untuk menggambarkan ketidakcocokan dua pengukuran kuantum.
Noise robustness lebih berkaitan dengan ambang derau yang diperlukan agar dua pengukuran dapat dilakukan secara bersamaan.
Sementara formula yang dikembangkan Agus menggambarkan rata-rata dinamika yang benar-benar terjadi ketika dua basis pengukuran diterapkan secara bergantian pada qubit yang sama.
Dengan demikian, penelitian tersebut tidak sekadar melihat apakah dua pengukuran kompatibel atau tidak, tetapi mencoba memahami bagaimana keadaan qubit berkembang secara dinamis akibat pengukuran berulang.
Masuk ke Pengukuran Lemah
Penelitian Agus kemudian bergerak ke kondisi yang lebih kompleks, yakni pengukuran lemah atau weak unsharp measurements.
Berbeda dengan pengukuran tajam, pengukuran lemah tidak langsung meruntuhkan keadaan qubit sepenuhnya.
Dalam proses tersebut, pembaruan keadaan qubit dapat ditulis menggunakan konsep rapiditas, sebuah bentuk matematis yang memiliki kemiripan dengan formula penjumlahan kecepatan dalam teori relativitas khusus.
Dari analisis tersebut, Agus menemukan bahwa lintasan qubit yang dikondisikan berdasarkan hasil pengukuran pada akhirnya menuju keadaan murni dengan probabilitas penuh, baik keadaan awal qubit tersebut murni maupun campuran.
Hasil itu kemudian mengubah cara dinamika tersebut dipandang.
Jika sebelumnya dinamika dapat dibayangkan berlangsung di wilayah dua dimensi di dalam cakram bola Bloch, pembuktian menunjukkan bahwa lintasan tersebut sebenarnya tereduksi menjadi lingkaran satu dimensi di permukaan bola Bloch.
Dari reduksi tersebut muncul formula kedua yang melibatkan integral eliptik:
c(θ) = sin(θ/2) / [√2 · E(m)]
dengan:
m = 1 − tan²(θ/2).
Pada sudut 90 derajat, bagian drift dalam persamaan menjadi nol. Dinamika tersebut kemudian berubah menjadi gerak Brown murni pada lingkaran.
Besaran c(θ) pada kondisi tersebut menyederhana menjadi:
1/π ≈ 0,318.
Agus selanjutnya membandingkan formula tersebut dengan simulasi Monte Carlo berpresisi tinggi. Hasil simulasi disebut konsisten dengan prediksi analitik pada berbagai sudut yang diuji.
“Blind Spot” Justru Muncul pada Sudut 90 Derajat
Bagian paling menarik dari penelitian tersebut adalah ditemukannya blind spot pada sudut siku-siku.
Agus menunjukkan bahwa laju purifikasi dapat diuraikan menjadi komponen geometris dan komponen yang membawa informasi mengenai noise.
Namun tepat ketika sudut antara kedua basis mencapai 90 derajat, komponen yang membawa informasi mengenai derau tersebut menghilang.
Akibatnya, untuk besaran r(θ), nilai pada 90 derajat tetap berada di sekitar 0,707, bahkan ketika sistem mengalami gangguan.
Dengan kata lain, metode tersebut justru menjadi paling tidak sensitif terhadap noise ketika kedua basis pengukuran berada pada sudut tegak lurus.
Padahal, sudut 90 derajat merupakan salah satu konfigurasi penting dalam eksperimen kuantum karena merepresentasikan basis yang paling tidak kompatibel secara geometris.
Di sinilah letak paradoks sekaligus daya tarik temuan Agus.
Sudut yang secara geometris menunjukkan ketidakcocokan maksimum justru menjadi titik ketika metode tersebut “buta” terhadap noise.
Diuji pada Prosesor Kuantum IBM
Temuan tersebut tidak berhenti pada perhitungan matematis dan simulasi komputer.
Agus juga menguji modelnya pada prosesor kuantum superkonduktor ibm_fez milik IBM Quantum.
Eksperimen menggunakan satu qubit fisik dan dilakukan pada lima sudut berbeda.
Secara keseluruhan, penelitian tersebut mengumpulkan lebih dari 1,38 juta transisi keadaan dari 40 pekerjaan komputasi.
Hasil eksperimen menunjukkan adanya penyimpangan dari prediksi teori tanpa derau pada sejumlah sudut.
Pada sudut 30 derajat, penyimpangan tercatat setara sekitar tujuh kali simpangan baku statistik. Artinya, perbedaan tersebut jauh lebih besar daripada yang dapat dijelaskan hanya oleh fluktuasi statistik pengambilan sampel.
Penyimpangan juga masih terlihat pada sudut 45 dan 60 derajat, meskipun semakin kecil.
Namun ketika sudut mencapai 90 derajat, penyimpangan tersebut menghilang dan hasil pengukuran kembali berada dalam rentang statistik yang wajar.
Pola tersebut sejalan dengan prediksi matematis mengenai blind spot.
Menariknya, penyimpangan yang semakin mengecil ketika sudut diperbesar lebih sesuai dengan kemungkinan adanya derau alami pada perangkat, seperti depolarisasi, dibandingkan kesalahan kalibrasi sudut.
Bukan Pengganti Metode Kalibrasi Industri
Meski memiliki temuan menarik, Agus tidak menempatkan metode tersebut sebagai pengganti teknik pengujian perangkat kuantum yang telah digunakan secara luas.
Salah satu metode standar yang disebut dalam penelitian adalah randomized benchmarking, yang tetap lebih efisien untuk mengukur laju derau secara umum.
Nilai lebih pendekatan Agus justru terletak pada kesederhanaannya.
Metode tersebut tidak memerlukan tambahan gerbang logika di luar dua basis pengukuran yang memang sudah digunakan. Karena itu, pendekatan ini berpotensi digunakan sebagai semacam pemeriksaan residual dalam eksperimen pengukuran lemah yang secara alami sudah menggunakan basis secara bergantian.
Namun, penelitian tersebut juga memiliki keterbatasan.
Satu nilai pengukuran r(θ) belum dapat menentukan secara pasti apakah penyimpangan disebabkan oleh derau sebenarnya atau kesalahan kalibrasi sudut.
Metode ini juga belum mampu mengidentifikasi jenis derau secara spesifik. Misalnya, depolarisasi dan amplitude damping dapat menghasilkan pola sensitivitas yang hampir serupa.
Artinya, metode tersebut dapat memberikan indikasi keberadaan dan perkiraan besarnya derau, tetapi belum dapat memastikan sumber atau jenis derau secara spesifik.
Dua Kali Salah Jalan Sebelum Menemukan Rumus Final
Perjalanan penelitian Agus juga tidak berlangsung tanpa kegagalan.
Dalam makalahnya, ia mengungkapkan bahwa terdapat setidaknya dua pendekatan yang harus ditinggalkan sebelum memperoleh hasil akhir.
Pendekatan pertama memodelkan dinamika pengukuran lemah sebagai difusi dua dimensi di dalam cakram bola Bloch.
Secara intuitif, pendekatan tersebut terlihat masuk akal. Namun kemudian terbukti tidak tepat setelah Agus menemukan bahwa lintasan qubit selalu mengalami proses pemurnian dari kondisi awal apa pun.
Temuan tersebut menunjukkan bahwa dinamika sebenarnya berlangsung pada lingkaran satu dimensi di batas bola Bloch, bukan di dalam wilayah dua dimensinya.
Kesalahan kedua muncul dalam simulasi komputer.
Simulasi awal belum menjalani periode warming-up yang cukup lama. Karena waktu relaksasi rantai pengukuran ternyata lebih panjang dari perkiraan awal, hasil simulasi yang belum matang sempat terlihat sesuai dengan formula yang lebih sederhana.
Setelah waktu pemanasan diperpanjang, hasil tersebut ternyata meleset hingga 12 persen.
Dugaan formula sederhana itu akhirnya ditolak dan digantikan dengan formula yang melibatkan integral eliptik.
Klaim Orisinalitas yang Spesifik
Agus tidak mengklaim bahwa penelitian mengenai pemurnian keadaan kuantum akibat pengukuran berulang merupakan bidang yang sama sekali belum pernah diteliti.
Menurut penelusuran literatur yang dilakukan, sejumlah penelitian sebelumnya telah membahas pengukuran simultan pada qubit superkonduktor maupun difusi keadaan kuantum akibat pengukuran bergantian.
Namun, menurut penelusurannya, studi-studi tersebut umumnya mempertahankan sudut antarbasIs pengukuran pada nilai tertentu, sementara variabel yang diubah adalah kekuatan pengukuran atau jumlah sumbu pengukuran.
Kontribusi yang diklaim Agus lebih spesifik, yakni menurunkan rumus tertutup sebagai fungsi eksplisit dari sudut ketidakcocokan dua basis pengukuran.
Meski demikian, masih terdapat pekerjaan lanjutan.
Ketika sistem diperluas dari qubit berdimensi dua menjadi qudit dengan dimensi lebih tinggi, pembuktian pemurnian dari keadaan campuran tidak otomatis berlaku.
Pencarian formula tertutup yang setara untuk sistem tersebut pun masih menjadi pertanyaan terbuka.
Dari Aktivis Mahasiswa hingga Peneliti Kuantum
Perjalanan Agus Mulia Bakti menuju penelitian kuantum memiliki latar belakang yang cukup unik.
Ia merupakan alumni Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Sains, Teknologi, dan Terapan (FSTT), Universitas Pendidikan Mandalika (UNDIKMA), yang sebelumnya dikenal sebagai IKIP Mataram.
Sebelum menekuni penelitian kuantum, Agus juga dikenal sebagai aktivis mahasiswa.
Ia pernah menjadi Ketua Rayon PMII Budi Utomo FPMIPA IKIP Mataram.
Di sela aktivitas akademiknya, Agus juga pernah mengembangkan usaha sederhana untuk memenuhi kebutuhan masyarakat. Salah satunya produksi sabun cuci ramah lingkungan berbahan limbah kulit udang yang dimanfaatkan sebagai antibakteri alami.
Perjalanan tersebut memperlihatkan lintasan yang tidak biasa: dari aktivisme mahasiswa dan kewirausahaan, kemudian masuk lebih jauh ke bidang riset fisika dan komputasi kuantum.
Kini, namanya tercatat dalam penelitian yang mencoba menjawab pertanyaan fundamental mengenai bagaimana keadaan qubit berubah ketika diukur secara berulang.
Mendapat Telaah dari Peneliti Internasional
Naskah “Exact Purification Rates for Alternating Qubit Measurements and Their Blind Spot at Right Angles” telah menjalani proses telaah terbuka di platform Qeios.
Menurut keterangan yang disampaikan Agus, naskah tersebut memperoleh penilaian bintang empat dari dua penelaah, yakni Prof. Eric Bittner, Distinguished Professor of Chemical Physics di University of Houston, Amerika Serikat, serta Prof. Harish Parthasarathy dari Netaji Subhas University of Technology (NSUT), India.
Naskah tersebut juga disebut tengah menjalani proses peer review di Comptes Rendus Physique, jurnal fisika yang diterbitkan dalam lingkungan Académie des Sciences Prancis.
Selain itu, kode simulasi dan buku kerja penurunan simbolik penelitian tersebut disebut telah tersedia secara terbuka di Zenodo dengan lisensi MIT, sehingga perhitungan dan simulasi yang digunakan dapat diperiksa kembali oleh peneliti lain.
Dari NTB untuk Dunia Sains
Temuan Agus Mulia Bakti pada akhirnya tidak hanya berbicara tentang sebuah formula matematika.
Penelitian tersebut membuka pertanyaan lebih besar mengenai bagaimana eksperimen kuantum seharusnya membaca keberadaan derau, terutama ketika sistem berada pada konfigurasi yang selama ini memiliki arti penting dalam geometri pengukuran kuantum.
Ironisnya, sudut 90 derajat yang menjadi konfigurasi ekstrem dalam ketidakcocokan dua basis pengukuran ternyata menjadi titik ketika metode ini justru “buta” terhadap noise.
Dari sebuah penelitian yang dikerjakan seorang pemuda asal NTB, muncul satu temuan yang membuka ruang diskusi lebih luas di bidang dinamika qubit, pengukuran kuantum, hingga karakterisasi derau pada perangkat kuantum.
Bagi NTB, kisah tersebut juga menjadi pengingat bahwa kontribusi terhadap perkembangan ilmu pengetahuan dunia tidak selalu lahir dari pusat-pusat riset besar.
Ia bisa tumbuh dari Mataram, dari perjalanan seorang alumni kampus lokal, dan dari keberanian untuk terus menguji sebuah gagasan—termasuk ketika dua kali pendekatan awal harus ditinggalkan sebelum menemukan rumus yang dianggap lebih tepat.
