Apa itu Komputer Quantum?

Komputer kuantum mempunyai potensi untuk secara dramatis meningkatkan variasi dan keakuratan komputasi, membuka aplikasi baru untuk komputer, dan menyempurnakan model fenomena fisik kita. Meskipun komputer kuantum mendapat liputan media yang semakin meningkat, masih banyak yang tidak yakin apa perbedaan antara komputer kuantum dan komputer biasa. Mari kita periksa cara kerja komputer kuantum, beberapa aplikasinya, dan masa depannya.

Apa itu Komputer Kuantum?

Sebelum kita dapat secara bermakna memeriksa bagaimana komputer kuantum beroperasi, kita perlu mendefinisikan terlebih dahulu komputer kuantum. Definisi singkat komputer kuantum adalah ini: komputer, berdasarkan mekanika kuantum, yang mampu melakukan perhitungan kompleks tertentu dengan efisiensi yang jauh lebih besar daripada komputer tradisional. Itu adalah definisi singkat dari komputer kuantum, tetapi kami ingin meluangkan waktu untuk benar-benar memahami apa yang membedakan komputer kuantum dari komputer tradisional.

Komputer biasa menyandikan informasi dengan sistem biner: mewakili setiap bit data sebagai satu atau nol. Serangkaian satu dan nol dirangkai bersama untuk mewakili potongan informasi yang kompleks seperti teks, gambar, dan audio. Namun dalam sistem biner ini, informasi hanya dapat disimpan sebagai satu dan nol, yang berarti bahwa ada batasan keras tentang bagaimana data direpresentasikan dan ditafsirkan dan bahwa ketika data menjadi lebih kompleks, itu harus menjadi string yang lebih panjang dan lebih panjang. nol.

Alasan komputer kuantum dapat menyimpan dan menafsirkan data dengan lebih efisien adalah karena mereka tidak menggunakan bit untuk merepresentasikan data, melainkan menggunakan "qubit”. Qubit adalah partikel subatom seperti foton dan elektron. Qubit memiliki beberapa properti menarik yang membuatnya berguna untuk metode perhitungan baru. Qubit memiliki dua properti yang dapat dimanfaatkan oleh insinyur komputer: superposisi dan keterikatan.

Superposisi kuantum memungkinkan qubit ada tidak hanya dalam keadaan "satu" atau "nol", tetapi di sepanjang kontinum antara keadaan ini, yang berarti lebih banyak informasi dapat disimpan menggunakan qubit. Sementara itu, keterikatan kuantum mengacu pada fenomena di mana pasangan qubit dapat dihasilkan dan jika satu qubit diubah, qubit lainnya juga diubah, dengan cara yang dapat diprediksi. Properti kuantum ini dapat digunakan untuk merepresentasikan dan menyusun data kompleks dengan cara yang lebih efisien.

Bagaimana Komputer Kuantum Beroperasi

"Superposisi" kuantum mendapatkan namanya dari fakta bahwa mereka dapat berada di lebih dari satu posisi pada satu waktu. Meskipun bit hanya dapat berada di dua posisi, qubit dapat berada di beberapa status sekaligus.

Berkat keberadaan superposisi kuantum, komputer kuantum mampu menghitung banyak hasil potensial yang berbeda pada waktu yang bersamaan. Setelah kalkulasi selesai, qubit diukur, yang menghasilkan hasil akhir melalui runtuhnya status kuantum menjadi 0 atau 1, yang berarti hasilnya kemudian dapat diinterpretasikan oleh komputer tradisional.

Peneliti dan insinyur komputasi kuantum dapat mengubah posisi qubit dengan menggunakan gelombang mikro atau laser presisi.

Insinyur komputer dapat memanfaatkan keterikatan kuantum untuk secara dramatis meningkatkan kekuatan pemrosesan komputer. Keterikatan kuantum mengacu pada fakta bahwa dua qubit dapat dihubungkan bersama sedemikian rupa sehingga mengubah salah satu qubit mengubah qubit lainnya dengan cara yang dapat diandalkan. Tidak sepenuhnya dipahami mengapa qubit dapat membangun hubungan seperti itu atau bagaimana tepatnya fenomena ini bekerja, tetapi para ilmuwan memahaminya dengan cukup baik untuk berpotensi memanfaatkannya untuk komputer kuantum. Karena keterikatan kuantum, penambahan qubit ekstra ke mesin kuantum tidak hanya menggandakan kekuatan pemrosesan komputer, tetapi juga dapat menskalakan kekuatan pemrosesan secara eksponensial.

Jika ini semua tampak terlalu abstrak, kita dapat menjelaskan bagaimana superposisi berguna dengan membayangkan sebuah labirin. Agar komputer normal mencoba memecahkan labirin, ia harus mencoba setiap jalur labirin hingga menemukan rute yang berhasil. Namun, komputer kuantum pada dasarnya dapat menjelajahi semua jalur yang berbeda sekaligus, karena tidak terikat pada satu keadaan tertentu.

Semua ini untuk mengatakan bahwa sifat keterikatan dan superposisi membuat komputer kuantum berguna karena mereka dapat menghadapi ketidakpastian, mereka mampu menjelajahi lebih banyak kemungkinan keadaan dan hasil. Komputer kuantum akan membantu para ilmuwan dan insinyur memodelkan dan memahami situasi yang memiliki banyak aspek dengan lebih baik, dengan banyak variabel.

Untuk Apa Komputer Kuantum Digunakan?

Sekarang kita memiliki intuisi yang lebih baik tentang bagaimana komputer kuantum beroperasi, mari jelajahi kemungkinannya kasus penggunaan untuk komputer kuantum.

Kami telah menyinggung fakta bahwa komputer kuantum dapat digunakan untuk melakukan komputasi tradisional dengan kecepatan yang jauh lebih cepat. Namun, teknologi komputer kuantum dapat digunakan untuk mencapai hal-hal yang bahkan tidak mungkin, atau sangat tidak praktis, dengan komputer tradisional.

Salah satu aplikasi komputer kuantum yang paling menjanjikan dan menarik adalah di bidang kecerdasan buatan. Komputer kuantum memiliki kekuatan untuk meningkatkan model yang dibuat oleh jaringan saraf, serta perangkat lunak yang mendukungnya. Google saat ini menggunakan komputer kuantumnya untuk membantu dalam penciptaan kendaraan self-driving.

Komputer kuantum juga memiliki peran dalam analisis interaksi dan reaksi kimia. Bahkan komputer normal yang paling canggih pun hanya dapat memodelkan reaksi antara molekul-molekul yang relatif sederhana, yang dicapai dengan mensimulasikan sifat-sifat molekul tersebut. Komputer kuantum, bagaimanapun, memungkinkan para peneliti untuk membuat model yang memiliki sifat kuantum yang tepat seperti molekul yang mereka teliti. Pemodelan molekul yang lebih cepat dan lebih akurat akan membantu dalam pembuatan obat terapeutik baru dan bahan baru untuk digunakan dalam pembuatan teknologi energi, seperti panel surya yang lebih efisien.

Komputer kuantum juga dapat digunakan untuk memprediksi cuaca dengan lebih baik. Cuaca adalah pertemuan dari banyak peristiwa dan rumus yang digunakan untuk memprediksi pola cuaca sangatlah rumit, mengandung banyak variabel. Diperlukan waktu yang sangat lama untuk melakukan semua perhitungan yang diperlukan untuk memprediksi cuaca, di mana kondisi cuaca itu sendiri dapat berkembang. Untungnya, persamaan yang digunakan untuk memprediksi cuaca memiliki sifat gelombang yang dapat dieksploitasi oleh komputer kuantum. Komputer kuantum dapat membantu para peneliti membangun model iklim yang lebih akurat, yang diperlukan di dunia di mana iklim sedang berubah.

Komputer dan algoritme kuantum juga dapat digunakan untuk membantu memastikan privasi data orang. Quantum cryptography memanfaatkan prinsip ketidakpastian kuantum, di mana setiap upaya untuk mengukur objek akhirnya membuat perubahan pada objek tersebut. Upaya untuk mencegat komunikasi akan memengaruhi komunikasi yang dihasilkan dan menunjukkan bukti gangguan.

Masa Depan Komputasi Kuantum

Sebagian besar penggunaan komputer kuantum akan terbatas pada akademisi dan bisnis. Kecil kemungkinan konsumen/masyarakat umum akan mendapatkan smartphone kuantum, setidaknya tidak dalam waktu dekat. Ini karena membutuhkan peralatan khusus untuk mengoperasikan komputer kuantum. Komputer kuantum sangat sensitif terhadap gangguan, karena bahkan perubahan paling kecil di lingkungan sekitar dapat menyebabkan qubit bergeser posisi dan keluar dari status superposisi. Ini disebut dekoherensi, dan ini adalah salah satu alasan mengapa kemajuan dalam komputer kuantum tampaknya berjalan sangat lambat dibandingkan dengan komputer biasa. Komputer kuantum biasanya perlu beroperasi dalam kondisi suhu sangat rendah, terisolasi dari peralatan listrik lainnya.

Bahkan dengan semua tindakan pencegahan, noise masih berhasil membuat kesalahan dalam perhitungan, dan peneliti sedang mencari cara untuk membuat qubit lebih andal. Untuk mencapai supremasi kuantum, di mana komputer kuantum sepenuhnya melampaui kekuatan superkomputer saat ini, qubit perlu dihubungkan bersama. Komputer kuantum tertinggi yang sebenarnya membutuhkan ribuan qubit, tetapi komputer kuantum terbaik saat ini bisa biasanya hanya berurusan dengan sekitar 50 qubit. Para peneliti terus-menerus membuat terobosan untuk menciptakan qubit yang lebih stabil dan andal. Para ahli di bidang komputer kuantum memprediksi perangkat kuantum yang kuat dan andal mungkin ada di sini dalam satu dekade.