Komputasi Kuantum: Pengertian, Keuntungan & Lainnya

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

Meskipun komputasi kuantum merupakan istilah populer yang relatif baru, mekanika kuantum telah ada jauh lebih lama. Mekanika kuantum berperan penting dalam perkembangan besar dalam industri elektronik dan juga memberikan jawaban atas banyak misteri umat manusia.

Mekanika kuantum berfokus pada cara kerja atom dan partikel subatom, sedangkan kata kuantum merujuk pada partikel terkecil yang dapat digunakan. Itulah blok penyusun paling dasar dari objek fisik apa pun.

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

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

Aksi Seram dari Kejauhan

Fenomena kuantum menentang pemahaman konvensional dan bekerja dengan istilah yang sama sekali berbeda dari fisika klasik. Jadi, pada tahun 1930-an, Einstein menggunakan kata-kata "aksi menyeramkan dari jarak jauh" untuk menggambarkan fenomena keterikatan kuantum dan bagaimana hal itu tidak sesuai dengan sains konvensional.

Keterikatan kuantum bukanlah hal baru. Jika Anda menciptakan dua partikel di tempat dan saat yang sama, maka keduanya akan saling terikat. Artinya, apa pun yang terjadi pada salah satu partikel, akan memengaruhi partikel lainnya.

Mirip seperti jatuh cinta dan mendapat telepon setiap kali Anda teringat kekasih Anda. Atau menelepon dan mendengar "Aku baru saja akan meneleponmu". Kembar identik juga diketahui jatuh sakit pada waktu yang sama.

Bagian paling menyeramkan dari keterikatan kuantum adalah Anda dapat membawa salah satu partikel yang terjerat ke tempat yang jauh. Dan kondisi apa pun yang Anda berikan padanya akan memengaruhi partikel kedua secara instan, bahkan dari jarak setengah galaksi.

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

Erwin Schrödinger & Kucingnya

Peneliti kuantum awal lainnya adalah fisikawan Austria Erwin Schrödinger, yang, seperti Albert Einstein, juga menganggap beberapa bagian fenomena kuantum menggelikan. Jadi, ia membuat eksperimen pemikiran yang sekarang terkenal yang disebut "kucing Schrödinger" untuk memvisualisasikan paradoks superposisi kuantum.

Percobaan ini menyatakan bahwa jika Anda memasukkan seekor kucing dan sesuatu yang dapat membunuh kucing tersebut ke dalam sebuah kotak dan menyegelnya, Anda tidak akan tahu apakah kucing tersebut mati atau hidup sampai Anda membuka kotak tersebut. Jadi, secara logika, kucing tersebut mati dan hidup sampai Anda membuka kotak tersebut.

Superposisi adalah fenomena kedua yang memungkinkan komputasi kuantum. Jika 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 adalah pandangan lebih dekat tentang qubit.

Bit vs Qubit

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

Bit komputer biasa hanya dapat bernilai 0 atau 1 pada waktu tertentu. Sementara bit kuantum dapat bernilai keduanya pada waktu yang sama. Oleh karena itu, dua bit biasa dapat menyimpan 00, 01, 10, dan 11 pada waktu tertentu. Namun, dua bit kuantum dapat menyimpan keempat status tersebut pada waktu yang sama. 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. Namun, 3 qubit akan menahan semua delapan status pada saat yang sama, sehingga memberi Anda siklus komputasi 8x lebih cepat. Seperti yang Anda lihat, hubungan ini bersifat eksponensial, maka setiap bit tambahan menggandakan jumlah informasi yang tersedia.

Jadi, dengan 5 qubit, Anda melihat 32 status simultan, dengan 10 qubit, ada lebih dari 1,000 status, dan pada 20 qubit, lebih dari satu juta. Sekarang, pertimbangkan berapa banyak status yang bisa dicapai Komputer kuantum 1,000 qubit yang dikembangkan IBM dan Google dapat berlangsung secara bersamaan.

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

Keuntungan Komputasi Kuantum

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

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

Komputer super mempermudah penyelesaian masalah tersebut dengan meningkatkan kecepatan pemeriksaan setiap kemungkinan. Di sisi lain, komputer kuantum dapat menghasilkan semua kemungkinan secara bersamaan, jika tersedia cukup qubit. Itulah sebabnya komputer ini dapat menghitung masalah dalam beberapa jam, yang mana komputer biasa memerlukan waktu ratusan hingga ribuan tahun untuk menghitungnya.

Masalah dan Keterbatasan Komputasi Kuantum

Meskipun Anda dapat dengan mudah mengukur bit dalam komputer klasik, mengukur qubit akan merusak statusnya dan status qubit-qubit yang terjerat di dalamnya.

Selain itu, bit klasik dibuat dari berbagai macam bahan semikonduktor yang hanya perlu menahan muatan (1) atau tidak (0). Namun, qubit jauh lebih kompleks dan sulit diimplementasikan. Selain mengisolasi qubit secara spasial, Anda perlu melindunginya dari gangguan lingkungan, seperti suhu dan fluktuasi elektrostatik. Karena perubahan lingkungan yang kecil seperti itu juga akan merusak status ini.

Hilangnya keterikatan atau keseimbangan sistem ini disebut dekoherensi kuantum dan merupakan masalah utama yang coba dipecahkan oleh sebagian besar peneliti. Masalah ini begitu parah sehingga mesin 1,000 qubit Google yang akan datang akan membutuhkan hingga 1,000 qubit untuk koreksi kesalahan setiap qubit. Dengan demikian, mesin tersebut akan menjadi mesin 1 juta qubit.

Ini juga berarti bahwa saat ini Anda tidak dapat menangani komputer kuantum seperti halnya Anda menangani laptop atau telepon pintar. Komputer memerlukan kondisi laboratorium untuk mempertahankan tingkat stabilitas yang aman bagi qubit-nya.

Kelemahan lainnya adalah cakupan terbatas dari apa yang disebut supremasi kuantum, karena tidak setiap masalah komputasi melibatkan sejumlah besar angka atau kemungkinan. Jadi, peningkatan komputasi dalam sebagian besar operasi lainnya terlalu tidak signifikan untuk membenarkan pendekatan komputasi kuantum. Dan kecuali komputer kuantum akhirnya menjadi lebih murah daripada komputer klasik, komputer kuantum juga tidak akan menggantikannya dalam waktu dekat.

Meski memiliki berbagai kekurangan, komputer kuantum dan qubitnya memiliki banyak potensi dalam industri komputer karena jumlah besar yang dapat ditangani dengan mudah.

Apakah Ada Bahaya dengan Komputasi Kuantum?

Ya. Setiap peretas yang andal tahu bahwa setiap teknologi memiliki celah. Anda hanya perlu menemukannya. Jadi, apa pun implementasi komputer kuantum di masa mendatang, tetap akan ada masalah dengan teknologi tersebut. Dan para pelaku siap memanfaatkannya.

Skenario ini merujuk pada penggunaan seperti perbankan, keuangan, pemerintahan, dan aktivitas publik serupa. Skenario kedua adalah ketika pelaku jahat menggunakan kekuatan luar biasa dari komputer kuantum yang canggih untuk melakukan suatu tindakan. Dan seperti biasa, orang-orang baru akan menyadari kemungkinan tersebut setelah tindakan tersebut dilakukan.

Komputasi kuantum bekerja dengan baik dengan angka. Jadi, algoritma enkripsi asimetris yang menggunakan faktorisasi, seperti RSA kunci publik, tidaklah aman. Sebaliknya, hashing dan kriptografi simetris, seperti AES-256 dan 512, serta SHA-256 dan 512, relatif aman.

Aplikasi Lain dari Mekanika Kuantum

Meskipun dunia komputasi kuantum begitu menarik, komputasi kuantum tetap saja merupakan bagian dari mekanika kuantum. Jadi, dengan kata lain, pesta kuantum baru saja dimulai.

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

Komputer Kuantum di Dunia Nyata

Ada banyak komputer kuantum dan aplikasi serupa di luar sana. Komputer-komputer ini 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 bidang penelitian paling populer di dunia. Jadi, mungkin ada lebih banyak program rahasia di luar sana daripada yang dapat Anda bayangkan. Berikut ini adalah beberapa proyek utama:

• 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 Sycamore 54-qubit milik Google hanya menghabiskan waktu 200 detik untuk menghitung apa yang dibutuhkan superkomputer selama 10,000 tahun untuk menghitungnya.
• 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 dapat mencapai 1 juta.

Kesimpulan

Komputer kuantum akan terus ada. Karena komputer ini akan menciptakan banyak peluang dan memecahkan masalah dunia nyata yang telah lama menjadi masalah bagi komputer klasik.

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