Komputasi Kuantum: Arti, Keuntungan & Lainnya

Komputasi kuantum adalah penerapan prinsip mekanika kuantum dalam melakukan komputasi. Fenomena dasar yang digunakan di sini adalah keterjeratan dan superposisi .

Sementara komputasi kuantum adalah kata kunci yang relatif baru, mekanika kuantum telah ada lebih lama. Itu bertanggung jawab atas perkembangan besar dalam industri elektronik dan juga menawarkan jawaban atas banyak misteri umat manusia.

Mekanika kuantum berfokus pada bagaimana atom dan partikel sub-atom bekerja, sedangkan kata kuantum mengacu pada partikel terkecil yang dapat digunakan. Itu adalah blok bangunan paling dasar dari objek fisik apa pun.

Dari Max Planck hingga Albert Einstein, Neils Bohr, dan Erwin Schrodinger, banyak ilmuwan hebat terlibat dalam pengembangan mekanika kuantum dan puncaknya pada perlombaan komputasi kuantum – salah satu perlombaan teknologi terbesar di zaman kita.

Posting ini membawa Anda ke dunia ajaib fenomena kuantum, menunjukkan cara membuat komputer darinya, dan menjelajahi bidang terkaitnya.

Aksi Seram di Jarak Jauh

Fenomena kuantum menentang pemahaman konvensional dan bekerja dengan istilah yang sama sekali berbeda dari fisika klasik. Jadi, pada 1930-an, Einstein menggunakan kata-kata "aksi seram di kejauhan" untuk menggambarkan fenomena belitan kuantum dan bagaimana hal itu tidak cocok dengan sains konvensional.

Keterikatan kuantum bukanlah hal baru. Jika Anda membuat dua partikel di tempat yang sama dan instan, maka mereka menjadi terjerat. Artinya, apapun yang terjadi pada yang satu, mempengaruhi yang lain.

Ini seperti jatuh cinta dan mendapat telepon setiap kali Anda memikirkan kekasih Anda. Atau membuat panggilan dan mendengar "Saya baru saja akan menelepon Anda". Kembar identik juga diketahui jatuh sakit pada saat yang bersamaan.

Bagian yang paling menakutkan dari keterjeratan kuantum adalah Anda dapat mengambil salah satu partikel yang terjerat itu jauh-jauh. Dan kondisi apa pun yang Anda hadapi akan memengaruhi partikel kedua secara instan, bahkan dari setengah galaksi jauhnya.

Komputer kuantum menggunakan properti ini untuk menyimpan sejumlah besar informasi tentang beberapa partikel sekaligus. Partikel-partikel ini disebut qubit atau bit kuantum, tetapi pertama-tama, lihat fenomena mekanika kuantum kedua.

Erwin Schrodinger & Kucingnya

Peneliti kuantum awal lainnya adalah fisikawan Austria Erwin Schrodinger, yang, seperti Albert Einstein, sama-sama menganggap bagian dari fenomena kuantum konyol. Jadi, dia datang dengan eksperimen pemikiran yang sekarang terkenal yang disebut "kucing Schrodinger" untuk memvisualisasikan paradoks superposisi kuantum.

Percobaan ini menyatakan bahwa jika Anda memasukkan kucing dan sesuatu yang bisa membunuh kucing ke dalam sebuah kotak dan menyegelnya. Anda tidak akan tahu apakah kucing itu hidup atau mati sampai Anda membuka kotaknya. Jadi, secara logis, kucing itu mati dan hidup sampai Anda membuka kotak itu.

Superposisi adalah fenomena kedua yang memungkinkan komputasi kuantum. Di mana komputer klasik bekerja dengan bit informasi yang dapat mewakili 1 atau 0 pada waktu tertentu, komputer kuantum bekerja dengan qubit (bit kuantum) yang dapat mewakili 0 dan 1 pada saat yang sama, seperti kucing yang mati dan hidup.

Berikut ini adalah melihat lebih dekat pada qubit.

The Bit vs The Qubit

Qubit inilah yang memungkinkan komputasi kuantum. Juga disebut sebagai bit kuantum atau qbit, qubit adalah unit energi terkecil yang dapat Anda manipulasi untuk menyimpan dan mengambil informasi.

Bit komputer biasa hanya bisa 0 atau 1 pada waktu tertentu. Sementara bit kuantum bisa menjadi keduanya sekaligus. Dua bit reguler, oleh karena itu, dapat menampung 00, 01, 10, dan 11 pada waktu tertentu. Tetapi dua bit kuantum dapat menampung keempat keadaan secara bersamaan. Ini berarti siklus komputasi 4x lebih cepat.

Dengan 3 bit reguler, Anda bisa mendapatkan 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, dan 111 pada waktu tertentu. Tetapi 3 qubit akan menampung delapan status secara bersamaan, memberi Anda siklus komputasi 8x lebih cepat. Seperti yang Anda lihat, hubungan ini eksponensial, maka setiap bit tambahan menggandakan jumlah informasi yang tersedia.

Jadi, dengan 5 qubit, Anda melihat 32 status simultan, dengan 10 qubit lebih dari 1.000 status, dan pada 20 qubit, lebih dari satu juta. Sekarang, pertimbangkan berapa banyak negara bagian yang dapat dimiliki oleh komputer kuantum 1.000-qubit yang dikembangkan oleh IBM dan Google secara bersamaan.

Anda dapat membuat qubit dari foton, elektron, inti atom, titik kuantum, superkonduktor, dan implementasi lainnya. Tujuannya adalah untuk menciptakan kumpulan energi kuantum bit yang stabil yang dapat Anda atur dan ukur dengan mudah sesuai keinginan.

Keuntungan Komputasi Kuantum

Keuntungan utama dari komputasi kuantum adalah hasil instan dari masalah yang kompleks. Ini terutama dalam situasi di mana Anda harus memilih jawaban yang benar dari banyak kemungkinan. Dan ini membuatnya bagus untuk pemfaktoran angka, simulasi skala besar, dan pengenalan pola dalam kecerdasan buatan.

Pendekatan standar untuk komputer klasik adalah menyelidiki setiap kemungkinan sampai Anda menemukan apa yang Anda cari. Sering disebut jarum dalam pencarian tumpukan jerami, jumlah waktu yang diperlukan untuk operasi ini bergantung pada seberapa banyak jerami atau catatan yang harus Anda saring. Dan seberapa cepat mesin Anda.

Superkomputer membuat masalah seperti itu lebih mudah dengan meningkatkan kecepatan memeriksa setiap kemungkinan. Komputer kuantum, di sisi lain, dapat menghasilkan semua kemungkinan secara bersamaan, jika tersedia cukup qubit. Itulah sebabnya mereka dapat menghitung masalah dalam beberapa jam yang memerlukan waktu ratusan hingga ribuan tahun untuk dihitung oleh komputer biasa.

Masalah & Keterbatasan Komputasi Kuantum

Meskipun Anda dapat dengan mudah mengukur bit di komputer klasik, mengukur qubit menghancurkan statusnya dan status qubitnya yang terjerat.

Juga, bit klasik dibuat dari berbagai bahan semikonduktor yang hanya harus memiliki muatan (1) atau tidak (0). Qubit, bagaimanapun, jauh lebih kompleks dan sulit untuk diimplementasikan. Dan selain mengisolasi qubit secara spasial, Anda perlu melindunginya dari gangguan lingkungan, seperti fluktuasi suhu dan elektrostatik. Karena perubahan lingkungan kecil seperti itu juga akan merusak negara-negara ini.

Hilangnya keterjeratan atau keseimbangan sistem ini disebut dekoherensi kuantum dan merupakan masalah utama yang coba dipecahkan oleh sebagian besar peneliti. Ini sangat parah sehingga mesin 1.000-qubit Google yang akan datang akan membutuhkan hingga 1.000 qubit untuk koreksi kesalahan setiap qubit. Sehingga menjadikannya mesin 1 juta qubit.

Ini juga berarti bahwa saat ini Anda tidak dapat menangani komputer kuantum seperti yang Anda lakukan pada laptop atau ponsel cerdas. Komputer membutuhkan kondisi laboratorium untuk mempertahankan tingkat stabilitas yang aman untuk qubitnya.

Kelemahan lain adalah ruang lingkup terbatas dari apa yang disebut supremasi kuantum, karena tidak setiap masalah komputasi melibatkan sejumlah besar angka atau kemungkinan. Jadi, dorongan komputasi di sebagian besar operasi lain terlalu tidak signifikan untuk membenarkan pendekatan komputasi kuantum. Dan kecuali komputer kuantum berakhir lebih murah daripada komputer klasik, mereka juga tidak akan menggantikannya dalam waktu dekat.

Terlepas dari semua kekurangan ini, komputer kuantum dan qubitnya memiliki banyak potensi di industri komputer karena jumlah besar yang dapat mereka tangani dengan mudah.

Apakah ada Bahaya dengan Komputasi Kuantum?

Ya. Setiap peretas yang baik tahu bahwa setiap teknologi memiliki celah. Anda hanya perlu menemukannya. Jadi, terlepas dari implementasi aktual komputer kuantum di masa depan, masih akan ada masalah dengan teknologi. Dan para aktor siap memanfaatkannya.

Skenario ini mengacu pada penggunaan seperti perbankan, keuangan, pemerintah, dan kegiatan publik serupa. Skenario kedua adalah ketika aktor jahat menggunakan kekuatan luar biasa dari komputer kuantum yang bagus untuk melakukan suatu prestasi. Dan seperti biasa, orang baru akan menyadari kemungkinan seperti itu setelah perbuatan itu dilakukan.

Komputasi kuantum bekerja dengan baik dengan angka. Jadi, algoritma enkripsi asimetris yang menggunakan faktorisasi, seperti RSA kunci publik tidak aman. Hashing dan kriptografi simetris, seperti AES-256 dan 512, serta SHA-256 dan 512, di sisi lain, relatif aman.

Aplikasi Mekanika Kuantum Lainnya

Semenarik apapun dunia komputasi kuantum, itu masih hanya bagian dari mekanika kuantum. Jadi, dengan kata lain, pesta kuantum baru saja dimulai.

Mekanika kuantum telah berperan dalam semikonduktor dan pengembangan elektronik modern. Pekerjaan juga sedang dilakukan untuk jaringan kuantum dan kriptografi, seperti pelopor kriptografi kuantum yang berbasis di Swiss ID Quantique. Selain itu, fenomena kuantum juga telah menunjukkan harapan di berbagai bidang penelitian, termasuk fotosintesis, reseptor bau, dan bahkan pemahaman kita tentang waktu.

Komputer Quantum Dunia Nyata

Ada banyak komputer kuantum dan aplikasi serupa di luar sana. Mereka berasal dari perusahaan multinasional besar seperti Google dan IBM, serta pemerintah, dan bahkan pemain yang lebih kecil seperti Rigetti.

Komputasi kuantum saat ini merupakan salah satu area penelitian terpanas di planet ini. Jadi mungkin ada lebih banyak program rahasia di luar sana daripada yang bisa Anda bayangkan. Di bawah ini adalah beberapa proyek besar:

• Google memiliki mesin 54-qubit dan 72-qubit
• IBM memiliki lebih dari 30 mesin yang tersebar di seluruh dunia, termasuk Manhattan 65-qubit
• China adalah rumah bagi banyak komputer kuantum, termasuk mesin 76-qubit dan bahkan komunikasi satelit kuantum.
• Mesin bertenaga Sycamore 54-qubit Google hanya menghabiskan 200 detik untuk menghitung apa yang dibutuhkan superkomputer 10.000 tahun untuk dihitung.
• IBM sedang mengembangkan mesin 1.000-qubit pada tahun 2023
• Rigetti Computing memiliki empat, termasuk mesin 31-qubit
• Google sedang membangun pusat kuantum baru untuk membuat komputer 1.000-qubit pada tahun 2029. Dengan memperhitungkan koreksi kesalahan, total qubit komputer itu bisa mencapai 1 juta.

Kesimpulan

Komputer kuantum ada di sini untuk tinggal. Karena mereka akan menciptakan banyak peluang dan memecahkan masalah dunia nyata yang dihadapi komputer klasik selama beberapa dekade.

Namun, masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan dan tantangan yang harus diatasi sebelum kita sampai di sana. Dan sampai saat itu, China mungkin akan mengejutkan dunia.