IBM Q System One

Apa itu komputasi kuantum? Konsep dan kegunaan penting

Cari tahu apa itu komputasi kuantum, dasar-dasar cara kerjanya, dan keterampilan yang Anda perlukan untuk mempelajari lebih lanjut tentang bidang yang menarik ini.

Teknologi komputer telah berkembang pesat selama beberapa dekade terakhir. Komputer telah menjadi lebih kecil dan lebih kuat pada tingkat eksponensial, memberi kita banyak kemajuan. Namun, kami dengan cepat mendekati batas fisik ukuran komponen komputer, yang berarti kami membutuhkan solusi baru untuk meningkatkan di area tertentu. Komputasi kuantum mungkin jawabannya.

Di sini, kita melihat dasar-dasar komputasi kuantum, termasuk definisi, melihat cara kerja komputer kuantum, kelebihan dan kekurangan teknologi, dan keterampilan yang Anda perlukan untuk mempelajari lebih lanjut tentang bidang ini.

Apa itu komputasi kuantum?

Komputer kuantum adalah mesin yang memanfaatkan beberapa sifat unik fisika kuantum untuk memecahkan masalah yang terlalu rumit untuk komputer biasa dan bahkan superkomputer. Bidang komputasi kuantum berfokus pada pengembangan teknologi yang memanfaatkan cara energi dan materi berperilaku pada tingkat subatomik.

Kami menggunakan kata ‘kuantum’ untuk menggambarkan hukum fisika yang berlaku pada tingkat atom individu, elektron dan partikel elementer. Pada tingkat mikroskopis ini, hukum fisika berbeda dengan yang kita alami dalam kehidupan sehari-hari.

Komputasi kuantum bertujuan untuk memanipulasi dan mengontrol fisika yang berbeda ini untuk melakukan tugas dan perhitungan yang tidak dapat dilakukan oleh komputer digital kita saat ini (setidaknya, dalam rentang waktu yang singkat).

Konsep komputasi kuantum adalah konsep yang relatif baru dan, hingga saat ini, sebagian besar merupakan bidang teoretis. Komputer kuantum komersial berbasis sirkuit pertama baru diperkenalkan pada 2019 oleh IBM. Pada tahun yang sama, para ilmuwan di Google juga mengklaim komputer kuantum mereka beroperasi pada tingkat di luar superkomputer tradisional.

Bagaimana cara kerja komputasi kuantum? 

Seperti yang mungkin sudah Anda duga, komputasi kuantum adalah bidang kompleks yang sulit dipahami oleh non-ahli. Namun, adalah mungkin untuk memahami beberapa konsep dasar, memberi Anda pemahaman dasar tentang cara kerja komputer kuantum.

Di sini, kami akan menguraikan beberapa dasar komputasi kuantum. Untuk mendapatkan apresiasi yang lebih rinci, kursus kami tentang pemahaman komputer kuantum dari Universitas Keio memiliki informasi lebih lanjut.

Untuk memahami cara kerja komputasi kuantum, ada beberapa konsep kunci yang harus dipahami. Di bawah ini, kami telah memberikan beberapa penjelasan sederhana tentang ini:

qubit 

Saat kami menjelajahi langkah terbuka kami di qubit , komputer tradisional dibangun di atas bit. Bit-bit ini (kependekan dari digit biner) adalah unit dasar informasi dalam komputasi, di mana dua konfigurasi berbeda dapat diukur. Mereka dapat dianggap sebagai aktif atau nonaktif, naik atau turun, atau, seperti yang dikodekan dalam biner, sebagai 0s atau 1s.

Dalam komputasi kuantum, bit kuantum atau qubit membentuk dasar-dasar cara kerja komputer ini. Qubit ini dapat dibuat dari sistem mekanika kuantum yang dapat memiliki dua status. Misalnya, putaran elektron dapat diukur naik atau turun, atau satu foton terpolarisasi vertikal atau horizontal.

Superposisi 

Tidak seperti bit komputasi tradisional, yang dapat berupa 0s atau 1s, qubit dapat ada sebagai 0s atau 1s, atau campuran keduanya secara bersamaan. Fenomena ini, yang dikenal sebagai keadaan superposisi, berarti bahwa semua kombinasi informasi bisa ada sekaligus.

Ketika qubit digabungkan bersama, kemampuan untuk menyimpan semua kemungkinan konfigurasi informasi sekaligus berarti bahwa masalah kompleks dapat direpresentasikan jauh lebih mudah daripada dengan metode komputasi tradisional.

Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang prinsip dan sifat superposisi pada langkah terbuka kami pada subjek.

Belitan

Bagian penting lain dari komputasi kuantum adalah efek kuantum yang dikenal sebagai keterjeratan. Sederhananya, fenomena ini menciptakan korelasi antara dua qubit. Dengan demikian, ketika dua atau lebih qubit terjerat, perubahan pada satu qubit dapat berdampak pada yang lain.

Algoritma komputasi kuantum didasarkan pada prinsip ini, memungkinkan masalah kompleks diselesaikan jauh lebih cepat daripada yang mungkin dilakukan. Sekali lagi, Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang keterjeratan dalam komputasi kuantum dengan langkah terbuka kami pada topik ini.

Cara kerja komputer kuantum IBM

Komputer IBM’s Quantum System One adalah mesin yang sangat rumit, agak menyerupai lampu gantung yang rumit dan berornamen yang ditempatkan dalam kotak kaca. Menurut IBM, prosesor kuantum sebenarnya tidak lebih besar dari prosesor laptop biasa, namun perangkat keras lainnya terdiri dari sistem pendingin canggih.

Prosesor kuantum memerlukan kondisi suhu mendekati nol mutlak untuk beroperasi, dan IBM menggunakan superfluida dan superkonduktor untuk menghasilkan kondisi ini. Mereka kemudian menggunakan foton gelombang mikro untuk mengontrol perilaku qubit, memungkinkan mereka menghasilkan informasi kuantum.

Keuntungan dan kerugian dari komputasi kuantum 

Anda mungkin bertanya-tanya mengapa kita membutuhkan komputer kuantum. Mereka sulit untuk direkayasa, dibangun, dan diprogram. Terlebih lagi, sifat fisika kuantum berarti mereka tunduk pada kesalahan, kesalahan, dan hilangnya keadaan kuantum.

Namun, ada beberapa keuntungan berbeda dari komputasi kuantum, setidaknya secara teori. Di bawah ini, kami telah memilih beberapa pro dan kontra dari komputasi kuantum:

Keuntungan dari komputasi kuantum

  • Mereka cepat . Pada akhirnya, komputer kuantum memiliki potensi untuk menyediakan daya komputasi pada skala yang tidak dapat ditandingi oleh komputer tradisional. Pada tahun 2019, misalnya, Google mengklaim melakukan perhitungan dalam waktu sekitar 200 detik yang akan memakan waktu sekitar 10.000 tahun bagi superkomputer klasik.
  • Mereka dapat memecahkan masalah yang kompleks . Semakin kompleks suatu masalah, semakin sulit bahkan superkomputer untuk memecahkannya. Ketika komputer klasik gagal, biasanya karena tingkat kerumitan yang besar dan banyak variabel yang saling berinteraksi. Namun, karena konsep superposisi dan keterjeratan, komputer kuantum dapat menjelaskan semua variabel dan kompleksitas ini untuk mencapai solusi.
  • Mereka dapat menjalankan simulasi yang kompleks . Kecepatan dan kerumitan yang dapat dicapai komputasi kuantum berarti, secara teori, komputer kuantum dapat mensimulasikan banyak sistem rumit, memungkinkan kita untuk lebih memahami beberapa misteri besar kehidupan.

Kekurangan komputasi kuantum

  • Mereka sulit untuk dibangun . Seperti yang kita lihat dengan Quantum System One IBM, komputer kuantum fungsional membutuhkan serangkaian kondisi yang sangat spesifik untuk beroperasi. Mereka membutuhkan komponen unik, sistem pendingin besar, dan teknologi mahal untuk bekerja bahkan pada tingkat dasar.
  • Mereka rentan terhadap kesalahan . Karena sifat mekanika kuantum dan qubit, faktor lingkungan dapat segera menghasilkan kesalahan dan kehilangan keadaan kuantumnya (proses yang dikenal sebagai dekoherensi). Kesalahan ini berlipat ganda dengan tingkat kerumitannya, yang berarti bahwa untuk mencapai potensinya, diperlukan solusi untuk koreksi kesalahan.
  • Mereka hanya cocok untuk tugas-tugas tertentu. Seperti yang akan kita lihat, komputer kuantum memiliki potensi untuk memberikan solusi revolusioner di beberapa area tertentu. Namun, karena sifat cara kerjanya, mereka tidak diharapkan menawarkan keuntungan di semua bidang komputasi.

Untuk apa komputasi kuantum digunakan? 

Mari kita mengalihkan perhatian kita ke beberapa penggunaan komputasi kuantum. Berkat insentif seperti IBM Quantum Service, organisasi dapat mengakses komputasi kuantum berbasis cloud. Jadi bisa digunakan untuk apa?

Di bawah ini, kami telah menyoroti beberapa aplikasi komputasi kuantum saat ini dan yang potensial:

  • Pemodelan molekul . Bahkan dengan superkomputer saat ini, sulit untuk mensimulasikan atom dan molekul dengan akurasi apa pun. Menggunakan komputasi kuantum untuk mensimulasikan fisika kuantum dapat memberikan wawasan baru tentang hal-hal seperti bagaimana baterai beroperasi atau bagaimana protein berinteraksi, yang dapat membantu merevolusi penyimpanan energi dan obat-obatan.
  • Pencarian basis data . Mengingat cara komputer kuantum memecahkan masalah, mereka dapat digunakan untuk menyimpan dan mencari data dalam jumlah besar dalam waktu yang jauh lebih cepat daripada komputer tradisional.
  • Kriptografi . Komputer kuantum yang berfungsi penuh berpotensi digunakan untuk memecahkan sebagian besar bentuk enkripsi yang ada, yang akan menjadi perhatian besar bagi keamanan siber. Namun, pekerjaan sedang berlangsung untuk mencoba dan membuat kriptografi kuantum-bukti. Komputasi kuantum bisa menjadi bagian penting dari masa depan cyber dan keamanan jaringan .
  • Prakiraan cuaca . Di bidang meteorologi, sejumlah besar data dan banyak variabel berbeda diperlukan untuk membuat prakiraan. Bahkan superkomputer berjuang untuk memprediksi cuaca dengan akurasi tinggi. Komputasi kuantum dapat meningkatkan tingkat kerumitan yang kami gunakan untuk memprediksi cuaca.

Cara mempelajari komputasi kuantum

Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut tentang komputasi kuantum atau ingin akhirnya pindah ke industri, ada beberapa keterampilan yang dapat berguna. Di bawah ini, kami telah menyoroti beberapa bidang yang mungkin ingin Anda kembangkan keahliannya:

  • Matematika . Pengetahuan rinci tentang matematika tingkat lanjut sangat berguna dalam bidang komputasi kuantum. Algoritme tingkat lanjut sering kali menjadi inti dari bidang ini, seperti halnya pengetahuan tentang bidang-bidang seperti analitik data .
  • Fisika . Seperti yang telah kita diskusikan, fisika kuantum membentuk dasar komputasi kuantum. Memahami hubungan antara fisika dan teknologi dapat sangat bermanfaat bagi mereka yang ingin memasuki bidang ini.
  • Pemrograman . Area kunci lainnya adalah kemampuan untuk menulis dan memahami kode. Salah satu bahasa pemrograman utama dalam komputasi kuantum adalah Python , yang menjadi dasar kit pengembangan perangkat lunak Qiskit yang sering digunakan di industri.

Ini adalah beberapa keterampilan penting untuk bekerja dalam komputasi kuantum. Namun, ada berbagai platform dan situs web sumber terbuka yang dapat membantu Anda memahami cara kerja mesin yang menarik ini.

Apakah komputasi kuantum masa depan teknologi? 

Bidang komputasi kuantum masih dalam masa pertumbuhan. Seperti yang telah kita lihat, teknologinya masih belum sempurna dan sulit untuk dimanfaatkan, dengan banyak hal yang tidak diketahui. Namun, penggunaan komputer kuantum saat ini dan potensial dapat mengubah cara kita memahami dunia di sekitar kita.

Dari model dan simulasi terperinci hingga pemecahan masalah yang jauh lebih cepat, komputer kuantum memiliki potensi yang signifikan. Namun, apakah kita dapat sepenuhnya menyadari potensi itu masih harus dilihat. Perusahaan seperti Google dan IBM banyak berinvestasi dalam teknologi, jadi jika tidak ada yang lain, kita dapat berharap untuk melihat kemajuan lebih lanjut di tahun-tahun mendatang.