Komputasi Kuantum: Ringkasan Singkat

"Komputasi kuantum" merujuk pada metode yang menghitung output menggunakan mekanika kuantum. Unit terkecil dari atribut fisik apa pun dikenal dalam fisika sebagai kuantum. Sebagian besar waktu, istilah ini mengacu pada karakteristik partikel atom atau subatom seperti elektron, neutrino, dan foton.

Komputasi kuantum menggunakan sifat-sifat unik fisika kuantum, seperti superposisi, keterkaitan (entanglement), dan interferensi kuantum. Hal ini menambahkan ide-ide baru ke teknik pemrograman konvensional.

Mengapa Komputer Kuantum Diperlukan?

Superkomputer tidak selalu cukup kuat untuk beberapa masalah.

Superkomputer digunakan oleh ilmuwan dan insinyur ketika mereka menghadapi tugas-tugas yang menantang. Komputer klasik raksasa ini sering memiliki ribuan core untuk GPU dan CPU. Namun, beberapa jenis masalah sulit diselesaikan bahkan oleh superkomputer.

Ketika superkomputer kesulitan, hal itu sering terjadi karena mesin klasik besar tersebut diberi masalah yang menantang untuk dijawab. Kompleksitas umumnya menjadi penyebab kegagalan komputer tradisional.

Banyak variabel yang berinteraksi dengan cara yang rumit dianggap sebagai masalah kompleks. Karena ada begitu banyak elektron berbeda yang berinteraksi satu sama lain, memodelkan perilaku atom individu dalam molekul adalah tugas yang menantang. Sulit untuk menentukan jalur terbaik untuk ratusan tanker dalam jaringan transportasi yang luas.

Cara Kerja Komputasi Kuantum

Tidak seperti superkomputer, komputer kuantum adalah sistem yang lebih efisien dengan daya lebih rendah. Sebagian besar sistem pendingin sistem komputasi kuantum, yang menjaga mikroprosesor superkonduktor pada suhu operasional yang sangat rendah, berukuran sebesar kendaraan.

Prosesor tradisional menggunakan bit untuk menjalankan fungsinya. Komputer kuantum menggunakan qubit (CUE-bit) untuk menjalankan algoritma kuantum multivariat.

Superfluida

Komputer desktop Anda mungkin menggunakan kipas agar cukup dingin untuk beroperasi. Kami harus menjaga prosesor kuantum kami pada suhu yang sangat rendah—hanya seperseratus derajat di atas nol mutlak. Kami memproduksi superkonduktor menggunakan superfluida yang didinginkan secara ekstrem untuk mencapai hal ini.

Superkonduktor

Komponen tertentu dalam prosesor kami menunjukkan sifat mekanika kuantum penting lainnya pada suhu yang sangat rendah tersebut: elektron melewatinya tanpa hambatan. Akibatnya, mereka disebut "superkonduktor". Pasangan Cooper terbentuk ketika elektron bergerak melalui superkonduktor. Pasangan ini dapat membawa muatan melampaui isolator atau hambatan melalui penerowongan kuantum. Sambungan Josephson dibuat ketika dua superkonduktor diposisikan di sisi berlawanan dari sebuah isolator.

Kontrol

Sambungan Josephson berfungsi sebagai bit kuantum superkonduktor dalam sistem kuantum kami. Kami dapat mengatur perilaku qubit ini dan memungkinkannya menyimpan, memodifikasi, dan membaca potongan-potongan diskrit informasi kuantum dengan mengarahkan foton gelombang mikro ke dalamnya.

Superposisi

Qubit sendiri tidak terlalu berguna. Namun, qubit dapat melakukan trik penting dengan menempatkan data kuantum yang dikandungnya ke dalam keadaan superposisi yang menggabungkan semua konfigurasi qubit yang mungkin. Superposisi kelompok qubit dapat menghasilkan lanskap komputasi multidimensi yang rumit. Dalam pengaturan ini, masalah kompleks dapat direpresentasikan dengan cara-cara baru.

Keterkaitan (Entanglement)

Fenomena mekanika kuantum yang dikenal sebagai keterkaitan (entanglement) mengorelasikan tindakan dua entitas berbeda. Perubahan pada satu qubit memengaruhi qubit lainnya ketika dua qubit terkait. Algoritma kuantum memanfaatkan koneksi ini untuk menyelesaikan masalah yang menantang.

Manfaat Komputer Kuantum

Meskipun komputer kuantum tidak dapat melakukan semua tugas lebih cepat daripada komputer klasik, ada beberapa domain di mana mereka dapat memiliki pengaruh signifikan.

Simulasi Atom

Karena mereka memasukkan fenomena kuantum ke dalam komputasi mereka, komputer kuantum sangat efektif dalam mensimulasikan sistem kuantum lainnya. Ini menunjukkan bahwa mereka dapat menangani kompleksitas dan ambiguitas sistem, yang akan membebani komputer tradisional. Kami dapat mensimulasikan banyak sistem kuantum, seperti fotosintesis, superkonduktivitas, dan struktur molekul yang rumit.

Kriptografi

Kriptografi tradisional bergantung pada keteguhan masalah seperti faktorisasi bilangan bulat atau logaritma diskrit. Contohnya adalah algoritma Rivest-Shamir-Adleman (RSA), yang umum digunakan untuk mengamankan transfer data. Komputer kuantum berpotensi menyelesaikan beberapa masalah ini dengan lebih efektif.

Optimasi

Menemukan jawaban optimal untuk suatu masalah dengan mempertimbangkan batasan dan hasil yang diinginkan adalah konsep optimasi. Keputusan penting dalam bisnis dan sains didasarkan pada variabel termasuk biaya, kinerja, dan waktu produksi, yang semuanya dapat dioptimalkan. Kami dapat menyelesaikan masalah yang sebelumnya tidak terpecahkan dengan menggunakan komputer klasik untuk menjalankan algoritma optimasi yang terinspirasi kuantum. Ini memungkinkan kami mengembangkan metode yang lebih efektif untuk mengendalikan sistem yang rumit, seperti pola lalu lintas, penugasan gerbang untuk pesawat, pengiriman paket, dan penyimpanan energi.

Memanfaatkan Pembelajaran Mesin Kuantum

Sains dan industri sedang direvolusi oleh pembelajaran mesin pada komputer tradisional. Cakupan dan kemajuan bidang ini telah terhambat oleh biaya komputasi tinggi yang terkait dengan pengembangan model pembelajaran mesin. Kami sedang menyelidiki cara membuat dan menggunakan perangkat lunak kuantum yang memungkinkan pembelajaran mesin lebih cepat untuk memajukan bidang ini lebih cepat.

Pencarian

Berbeda dengan algoritma tradisional, algoritma kuantum yang dibuat pada tahun 1996 secara signifikan mempercepat solusi untuk pencarian data tidak terstruktur.