Revolusi Komputer Kuantum yang Akan Datang

Bayangkan sebuah komputer yang beroperasi hampir secepat tubuh manusia dan menyimpan semua datanya, seperti manusia, pada untaian DNA. Ini bukan fiksi ilmiah – ini adalah fakta ilmiah – karena para ilmuwan baru-baru ini mendemonstrasikan cara menyimpan data ke DNA. Dalam dua tahun terakhir saja, chip pemrosesan komputer kuantum membuat langkah besar di dunia teknologi dengan prosesor yang lebih besar dan lebih baik yang dibuat dan digunakan secara eksperimental.

Mekanika kuantum memberikan hukum dan dasar yang mendasari untuk membangun komputer kuantum. Ini adalah bidang ilmu yang menjelaskan bagaimana partikel subatomik berperilaku dan berinteraksi, dan itu mencakup hukum, teori dan prinsip dari fisika kuantum yang menjelaskan bagaimana interaksi yang membingungkan ini terjadi di bidang komputasi.

Teori dan hukum ini mencakup kuantisasi energi, paket energi yang didefinisikan sebagai kuantum; keberadaan partikel secara simultan sebagai gelombang dan partikel yang dikenal sebagai dualitas gelombang-partikel; Prinsip ketidakpastian Heisenberg, yang mengatakan bahwa pengukuran meruntuhkan partikel subatomik menjadi salah satu dari dua keadaan potensialnya; dan prinsip korespondensi, yang dikembangkan oleh fisikawan Niels Bohr, yang mengemukakan bahwa setiap teori baru juga harus berlaku untuk fenomena konvensional dalam fisika lama juga, tidak hanya menggambarkan perilaku partikel dan gelombang pada tingkat atom di baru teori.

Dalam komputasi standar, komputer bekerja dengan memproses bit informasi secara digital dalam salah satu dari dua nilai: nol dan satu, yang mewakili keadaan hidup atau mati. Sementara kecepatan komputer telah meningkat secara eksponensial sejak hari-hari awal komputer pribadi di akhir 80-an dan awal 90-an, ini dan bahkan superkomputer yang digunakan oleh militer, laboratorium penelitian, dan perguruan tinggi masih memiliki batasan seberapa cepat mereka menyelesaikan matematika yang rumit persamaan. Beberapa persamaan membutuhkan waktu bertahun-tahun bahkan untuk superkomputer untuk bekerja karena berapa lama beberapa persamaan matematika.

Tidak demikian halnya dengan komputer kuantum, yang dibangun di atas gagasan bit kuantum, yang dikenal sebagai qubit, karena data ini dapat ada di beberapa keadaan 0 dan 1 pada saat yang bersamaan. Semakin banyak qubit dalam komputer kuantum, semakin banyak status potensial yang dimungkinkan – dan komputasi data yang lebih cepat dapat terjadi. Karena keterjeratan kuantum, apa yang disebut Einstein sebagai "aksi seram di kejauhan", qubit dapat beroperasi dengan jarak yang sangat jauh di antara mereka tanpa memerlukan kabel. Dan karena ini, apa yang terjadi pada satu partikel, terjadi pada partikel lainnya secara bersamaan.

Komputer kuantum beroperasi sangat cepat, mereka dapat memecahkan sebagian besar metode enkripsi yang digunakan saat ini, termasuk transaksi perbankan dan metode keamanan siber lainnya. Di tangan orang-orang dengan niat jahat, komputer kuantum akan melakukan banyak kerusakan dan dapat membuat dunia bertekuk lutut secara teknologi.

Tetapi di tangan orang-orang dengan niat yang benar, komputer kuantum akan memajukan kemampuan kecerdasan buatan tidak seperti yang terlihat saat ini. Misalnya, Anda dapat memuat tabel periodik dan hukum mekanika kuantum ke dalam komputer untuk merancang sel surya yang lebih efisien. Komputer kuantum dapat menghasilkan proses manufaktur yang disempurnakan dan optimal, meningkatkan baterai mobil listrik, menghitung algoritme lebih cepat untuk larut kemacetan lalu lintas jalan raya, mencari tahu metode pengiriman dan rute perjalanan terbaik, dan pada dasarnya mengolah data dengan kecepatan luar biasa yang belum pernah terjadi bahkan dalam kecepatan tercepat. superkomputer.

Komputer kuantum tidak hanya menawarkan jenis teknologi yang lebih maju; mereka adalah dasar untuk bentuk komputasi yang sama sekali baru berdasarkan hukum yang mendukung mekanika kuantum. Dibandingkan dengan komputer standar yang dilengkapi dengan metode komputasi klasik, komputer kuantum membuat komputer biasa terlihat seperti sepeda roda tiga dibandingkan dengan mobil balap super cepat.

Perkembangan prosesor qubit selama bertahun-tahun meliputi:

• 1998 Universitas Oxford di Inggris mengungkapkan prosesor 2-qubit mereka.
• 1998 IBM, UC Berkeley, Stanford University dan MIT mengembangkan prosesor 2-qubit.
• 2000 Technical University of Munich, Jerman, menciptakan prosesor 5-qubit.
• 2000 Los Alamos National Laboratory di AS meluncurkan prosesor 7-qubit.
• 2006 Institute for Quantum Computing, Perimeter Institute for Theoretical Physics dan MIT membuat prosesor 12-qubit.
• 2017 IBM membagikan berita tentang prosesor 17-qubitnya.
• 2017 IBM memperkenalkan prosesor 50-qubit-nya.
• 2018 Google membagikan berita tentang prosesor 72-qubit-nya.

Sementara komputer kuantum beroperasi dengan cepat, saat ini mereka tidak memiliki cara untuk menyimpan data karena di bawah aturan mekanika kuantum yang ada, Anda tidak dapat membuat duplikat, menyalin, atau menyimpan data ke sistem kuantum. Insinyur dan ilmuwan sedang meneliti berbagai cara untuk menyimpan data kuantum; beberapa bahkan mempertimbangkan untuk menyimpan data pada untaian DNA.

Para ilmuwan mengembangkan metode pada 2017 yang menyimpan sekitar 215 juta gigabyte informasi dalam satu gram DNA. Hard drive konvensional menyimpan data dalam dua dimensi, sedangkan DNA menawarkan tiga dimensi dan penyimpanan data yang lebih besar. Jika cara menggunakan DNA ternyata bisa diterapkan, pada dasarnya semua pengetahuan dunia yang tersimpan di DNA akan memenuhi satu ruangan atau bagian belakang dua truk pikap standar.

Para peneliti dan pemain besar di seluruh dunia berebut untuk membangun prosesor terbesar berikutnya. IBM telah menempatkan komputasi kuantum di cloud-nya, membuatnya tersedia bagi kebanyakan orang yang mendaftar untuk berpartisipasi dalam eksperimennya.

Microsoft sedang dalam proses mengintegrasikan komputasi kuantum ke dalam platform Visual Studio-nya, tetapi selain mengumumkan pada September 2017 rencananya untuk mendasarkan rencananya pada Partikel Majorana Fermions – sebuah partikel yang ada sebagai antipartikelnya sendiri dan ditemukan pada tahun 2012 – Microsoft relatif diam dalam komputasi kuantum rencana.

Google memiliki rencana untuk mendominasi bidang komputer kuantum dan berharap untuk mencapai "supremasi kuantum" dengan membangun sebuah chip yang dapat mengungguli superkomputer saat ini dengan perhitungan kuantumnya.

Terlepas dari kemajuan yang dibuat dalam komputasi kuantum, komputer kuantum tidak akan sampai ke tangan publik dalam waktu dekat. Komputer kuantum yang berfungsi akan menemukan jalannya ke laboratorium, lembaga think tank, dan pusat penelitian terlebih dahulu untuk membantu memecahkan persamaan yang akan memakan waktu bertahun-tahun bagi superkomputer untuk diselesaikan.

Meskipun banyak peneliti memprediksi komersialisasi komputer kuantum dalam empat hingga lima tahun ke depan tahun, mungkin beberapa tahun setelah itu dan lebih banyak lagi sebelum komputer kuantum menjadi norma bagi publik.