Bagaimana Komputasi Kuantum Dapat Mengubah Dunia

Fisika kuantum telah mempengaruhi kehidupan kita secara signifikan. Penemuan laser dan transistor sebenarnya merupakan konsekuensi dari teori kuantum – dan karena kedua komponen ini adalah blok bangunan dasar dari setiap perangkat elektronik di sekitar hari ini, apa yang Anda saksikan pada dasarnya adalah, "mekanika kuantum di" tindakan".

Karena itu, industri kuantum sekarang siap untuk merevolusi dunia komputasi karena upaya substansial sedang dilakukan untuk memanfaatkan kekuatan sejati dari alam kuantum. Komputasi kuantum dapat menemukan aplikasi di berbagai sektor seperti keamanan, perawatan kesehatan, energi, dan bahkan industri hiburan.

Kuantum vs. Komputer Klasik

Sejarah teori kuantum berawal lebih dari satu abad. Namun, gebrakan kuantum saat ini disebabkan oleh temuan penelitian terbaru yang menunjukkan, ketidakpastian, dan properti yang melekat pada partikel kuantum, dapat berfungsi sebagai senjata ampuh untuk mewujudkan kuantum potensi.

Seperti yang dinyatakan teori, tampaknya mustahil untuk mengetahui setiap dan setiap properti partikel kuantum individu (yaitu elektron atau foton). Pertimbangkan contoh GPS klasik, di mana ia dapat secara tepat memprediksi kecepatan, lokasi, dan arah gerakan Anda saat Anda mencapai tujuan yang diinginkan.

Namun, GPS kuantum tidak dapat secara tepat menentukan semua properti di atas untuk partikel kuantum karena hukum fisika kuantum tidak mengizinkan Anda melakukannya. Ini memunculkan bahasa probabilistik di dunia kuantum daripada bahasa klasik kepastian.

Dalam hal ini, bahasa probabilistik menyiratkan penetapan probabilitas ke berbagai sifat kuantum partikel seperti kecepatan, posisi, dan arah gerakan yang tampaknya sulit untuk dinyatakan kepastian. Sifat probabilistik partikel kuantum ini memunculkan kemungkinan yang memungkinkan segala sesuatu terjadi kapan saja.

Mengingat komputasi, biner 0 dan 1 direpresentasikan sebagai qubit (bit kuantum), memiliki properti menjadi 1 atau 0 setiap saat.

Representasi di atas meninggalkan rasa pahit di mulut karena pada mesin klasik 0 dan 1 terhubung ke sakelar dan sirkuit yang menyala dan mati pada saat yang berbeda. Oleh karena itu, tidak mengetahui status tepatnya (yaitu hidup atau mati) tampaknya tidak masuk akal dalam konteks komputasi.

Dalam arti sebenarnya, itu bisa menyebabkan kesalahan perhitungan. Namun, pemrosesan informasi di dunia kuantum bergantung pada konsep ketidakpastian kuantum – di mana “superposisi” 0 dan 1 bukanlah bug, melainkan fitur. Ini memungkinkan pemrosesan data yang lebih cepat dan memfasilitasi komunikasi yang lebih cepat.

Baca selengkapnya: Bagaimana Komputer Kuantum Optik Bekerja

Di Puncak Komputasi Kuantum

Konsekuensi dari sifat probabilistik teori kuantum adalah bahwa penyalinan yang tepat dari informasi kuantum tampaknya tidak mungkin. Dari sudut pandang keamanan, ini penting karena penjahat dunia maya yang bermaksud menyalin kunci kuantum untuk mengenkripsi dan mengirim pesan pada akhirnya akan gagal, bahkan jika mereka mendapatkan akses ke komputer kuantum.

Penting untuk digarisbawahi di sini bahwa enkripsi kelas atas (yaitu metode canggih untuk mengubah data atau kunci rahasia menjadi kode yang mencegah akses tidak sah) adalah hasil dari hukum fisika dan bukan algoritma skrip matematis yang digunakan saat ini. Enkripsi matematis dapat dipecahkan dengan bantuan komputer canggih, namun, memecahkan enkripsi kuantum memerlukan penulisan ulang hukum dasar fisika.

Karena enkripsi kuantum berbeda dari teknik enkripsi saat ini, demikian pula, komputer kuantum berbeda dari yang klasik pada tingkat yang sangat mendasar. Pertimbangkan analogi mobil dan gerobak sapi. Di sini, mobil mematuhi hukum fisika tertentu yang membawa Anda ke tujuan yang diinginkan dalam waktu cepat dibandingkan dengan rekannya. Filosofi yang sama berlaku untuk komputer kuantum dan komputer klasik.

Komputer kuantum memanfaatkan sifat probabilistik fisika kuantum untuk melakukan perhitungan dan memproses data dengan cara yang unik. Itu dapat menyelesaikan tugas komputasi dengan kecepatan yang jauh lebih cepat dan juga melompat ke dalam konsep tradisional yang mustahil seperti teleportasi kuantum. Bentuk transmisi data ini dapat membuka jalan bagi internet masa depan yaitu internet kuantum.

Apa yang Bisa Digunakan Komputer Quantum untuk Hari Ini?

Komputer kuantum dapat berguna untuk organisasi R&D, otoritas pemerintah, dan akademisi institusi karena mereka dapat membantu dalam memecahkan masalah kompleks yang dihadapi komputer saat ini sebagai tantangan untuk berurusan dengan.

Salah satu aplikasi yang signifikan adalah dalam pengembangan obat, di mana ia dapat dengan mulus mensimulasikan dan menganalisis bahan kimia dan molekul karena molekul berfungsi pada hukum fisika kuantum yang sama dengan kuantum komputer. Selanjutnya, simulasi kimia kuantum yang efektif dapat dimungkinkan karena superkomputer tercepat gagal mencapai tujuan hari ini.

Selain itu, komputer kuantum dapat memecahkan masalah pengoptimalan yang kompleks dan membantu pencarian data yang tidak disortir dengan cepat. Ada banyak aplikasi dalam hal ini mulai dari menyortir data iklim, kesehatan atau keuangan yang tampaknya dinamis, hingga mengoptimalkan logistik atau arus lalu lintas.

Komputer kuantum juga pandai mengenali pola dalam data seperti dalam masalah pembelajaran mesin. Selain itu, komputer kuantum dapat memainkan peran penting dalam mengembangkan model untuk memprediksi masa depan seperti dalam prakiraan cuaca.

Bersiap untuk Masa Depan Kuantum

Saat perlombaan untuk masa depan kuantum menjadi pusat perhatian, investor dan badan pemerintah mendorong miliaran dolar dalam R&D kuantum. Jaringan komunikasi global yang menggunakan distribusi kunci kuantum berbasis satelit telah diimplementasikan, meletakkan jalan untuk pengembangan lebih lanjut.

Perusahaan seperti Google, Amazon, Microsoft, IBM, dan lainnya melakukan investasi besar dalam pengembangan sumber daya komputasi kuantum, yaitu perangkat keras dan perangkat lunak.

Berdasarkan Kosmos, tim peneliti di China membangun komputer kuantum yang menyelesaikan perhitungan kompleks dalam lebih dari 60 menit yang akan memakan waktu setidaknya 8 tahun atau lebih untuk komputer klasik lengkap.

Ini adalah puncak dari perkembangan komputasi kuantum yang telah terjadi selama dua tahun terakhir. Diyakini bahwa komunitas ilmiah akhirnya mencapai "keuntungan kuantum" yang sulit dipahami – di mana komputasi kuantum adalah dalam posisi untuk memecahkan masalah yang paling canggih yang komputasi klasik benar-benar dapat mengambil waktu yang tidak praktis untuk memahami.

Tonggak sejarah kuantum pertama kali dicapai oleh Google pada tahun 2019 di mana mereka menggunakan qubit yang menggunakan arus untuk melakukan perhitungan. Kemudian pada tahun 2020, tim China menggunakan qubit fotonik untuk mempercepat prosesnya. Sekarang pada tahun 2021, tim Tiongkok lainnya (dipimpin oleh Jian-Wei Pan di Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok di Shanghai) telah melampaui Google lagi.

Di makalah penelitian yang diterbitkan di server pra-cetak ArXiv, tim peneliti yang berkontribusi mengungkapkan temuan mereka untuk keuntungan kuantum di mana mereka menggunakan qubit superkonduktor pada prosesor kuantum bernama Zuchongzhi yang terdiri dari 66 qubit. Tim menunjukkan bahwa Zuchongzhi mampu memanipulasi 56 qubit untuk menangani masalah komputasi yang bertujuan untuk menguji kekuatan komputer.

Merangkul Ketidakpastian

Perkembangan pesat dunia teknologi kuantum dalam lima tahun terakhir cukup menggembirakan. Berdasarkan Harian Quantum, industri kuantum diharapkan memiliki penilaian miliaran dolar pada akhir tahun 2030. Meskipun, ada berbagai tantangan praktis yang harus diatasi sebelum penyebaran skala besar seperti itu, namun masa depan tampak cerah.

Untungnya, teori kuantum menyoroti sisi terang dari "ketidakpastian". Menurut teori, dua qubit dapat dikunci satu sama lain dengan probabilitas bahwa setiap qubit tetap stay tidak ditentukan secara individual, tetapi sinkron dengan yang lain ketika dilihat sebagai satu unit – menyiratkan, keduanya adalah 0 atau 1.

Ketidakpastian individu dan kepastian gabungan ini disebut "keterjeratan" - alat yang berguna untuk sebagian besar algoritma komputasi kuantum saat ini. Oleh karena itu, dengan menangani ketidakpastian dengan hati-hati, organisasi dapat menyesuaikan diri untuk merangkul masa depan kuantum.

Nanocomputing: Bisakah Komputer Benar-Benar Mikroskopis?

Komputer semakin kecil, tetapi apakah mereka akan menjadi begitu kecil sehingga tidak terlihat dengan mata telanjang?

Baca Selanjutnya

Tentang Penulis

Perluas untuk Membaca Cerita Lengkap