Dasar-dasar dan status terkini komputer kuantum.
Komputasi kuantum telah membuat kemajuan yang luar biasa dalam beberapa tahun terakhir dan berada di garis depan teknologi. Artikel ini menjelaskan terobosan terbaru dalam komputasi kuantum dan dampaknya.
Apa yang dimaksud dengan komputer kuantum?
Komputer kuantum didasarkan pada prinsip komputasi yang secara fundamental berbeda dari komputer konvensional. Sebagai teknologi mutakhir, komputer kuantum diharapkan dapat menunjukkan potensi besar di bidang kecerdasan buatan (AI), dalam analisis data berskala besar, dan dalam memecahkan masalah optimasi. Sementara komputer konvensional memproses informasi menggunakan bit dengan nilai 0 atau 1, komputer kuantum menggunakan unit mekanik kuantum yang disebut qubit, yang dapat mengambil keadaan 0 dan 1 secara bersamaan. Superposisi keadaan ini memungkinkan n qubit untuk memproses n keadaan pangkat 2 secara bersamaan, yang berarti bahwa perhitungan yang membutuhkan waktu ribuan tahun dengan komputer konvensional secara teoritis dapat diselesaikan dalam beberapa detik. Sebagai contoh, sebuah sistem dengan 100 qubit akan memiliki kekuatan komputasi untuk secara bersamaan memproses 100 keadaan pangkat 2, yang mana lebih banyak daripada jumlah seluruh atom di Bumi.
Selain superposisi, komputer kuantum memanfaatkan fenomena mekanika kuantum penting lainnya yang disebut keterikatan. Keterikatan adalah fenomena di mana beberapa qubit berkorelasi kuat satu sama lain dan saling memengaruhi meskipun mereka berjauhan. Dengan menggabungkan superposisi dan keterikatan, komputer kuantum memiliki potensi untuk memecahkan masalah kompleks yang tidak mungkin dilakukan oleh komputer konvensional secara efisien.
Kemajuan teknologi saat ini.
Dalam beberapa tahun terakhir, kemajuan luar biasa telah dicapai dalam penelitian dan pengembangan komputer kuantum, dan khususnya, sejumlah proyek berskala besar untuk aplikasi praktis teknologi kuantum sedang berlangsung dalam kolaborasi antara lembaga penelitian, khususnya universitas, dan industri. Kinerja komputer kuantum juga telah ditingkatkan secara dramatis dengan pengembangan teknologi seperti bit kuantum superkonduktor, bit kuantum perangkap ion, dan bit kuantum atom netral. Masing-masing teknologi ini mengadopsi pendekatan yang berbeda dan masing-masing memiliki kekuatan dan kelemahannya sendiri.
Inovasi dalam qubit superkonduktor.
Qubit superkonduktor adalah teknologi yang menggunakan sirkuit superkonduktor untuk merealisasikan qubit; metode yang digunakan oleh IBM dan Google memungkinkan waktu koherensi yang relatif lama (waktu di mana keadaan kuantum dipertahankan) puluhan mikrodetik, sehingga memungkinkan untuk mengeksekusi algoritme kuantum yang kompleks. Di sisi lain, qubit superkonduktor ditantang oleh kebutuhan untuk beroperasi di lingkungan kriogenik yang mendekati nol absolut (sekitar -273 ° C).
Kontrol yang tepat dari sistem perangkap ion.
Qubit yang terperangkap ion adalah teknologi yang menggunakan ion yang terperangkap oleh sinar laser untuk mewujudkan qubit. Qubit yang terperangkap ion memiliki keunggulan waktu koherensi yang lebih lama dan kontrol yang lebih presisi daripada qubit superkonduktor. Di sisi lain, qubit perangkap ion lebih rumit untuk dibuat daripada qubit superkonduktor dan memiliki masalah skalabilitas (meningkatkan jumlah qubit).
Keuntungan dari qubit atom netral.
Qubit atom netral adalah teknologi yang menggunakan atom netral yang terperangkap oleh sinar laser untuk mewujudkan qubit. Dibandingkan dengan teknologi qubit lainnya, qubit atom netral memiliki keunggulan karena tidak terlalu rentan terhadap kebisingan dan memiliki skalabilitas yang lebih tinggi. Di sisi lain, qubit atom netral sulit dikendalikan dan memiliki waktu koherensi yang relatif singkat.
Pemain utama.
Perlombaan untuk mengembangkan komputer kuantum sedang dilakukan oleh perusahaan dan lembaga penelitian di seluruh dunia, dengan perusahaan-perusahaan terkemuka seperti IBM, Google, Microsoft, Amazon, dan Intel yang semuanya mengembangkan teknologi komputasi kuantum mereka sendiri dan menawarkannya sebagai layanan cloud. Perusahaan-perusahaan ini berinvestasi besar-besaran dalam penelitian dan pengembangan komputer kuantum untuk mempercepat inovasi.
Sebagai contoh, IBM telah mengembangkan komputer kuantum yang disebut IBMQuantum, yang menggunakan teknologi qubit superkonduktor dan ditawarkan sebagai layanan cloud; Google telah mengembangkan komputer kuantum yang disebut Sycamore, yang menggunakan teknologi qubit superkonduktor dan akan mendemonstrasikan 'transendensi kuantum' pada tahun 2019 Microsoft sedang mengembangkan jenis komputer kuantum baru yang disebut komputasi kuantum topologi; Amazon menawarkan layanan komputasi kuantum yang disebut AmazonBraket; Intel sedang meneliti dan mengembangkan teknologi qubit silikon. Mereka sedang melakukan penelitian dan pengembangan teknologi qubit silikon.
Koreksi dan terobosan kesalahan kuantum
Pentingnya koreksi kesalahan kuantum
Koreksi kesalahan adalah teknik penting untuk meningkatkan akurasi dalam komputasi kuantum. Bit kuantum sangat halus dan rentan terhadap gangguan eksternal dan panas, sehingga rentan terhadap kesalahan selama komputasi. Kesalahan kuantum secara signifikan mengganggu keakuratan hasil perhitungan, sehingga teknologi untuk mengoreksi kesalahan ini secara efisien sangat penting untuk merealisasikan komputer kuantum yang praktis.
Terobosan terbaru.
Dalam beberapa tahun terakhir, kemajuan luar biasa telah dicapai dalam penelitian dan pengembangan teknik koreksi kesalahan kuantum, dengan beberapa terobosan penting yang telah dicapai. Sebagai contoh, teknik koreksi kesalahan baru yang disebut komputasi kuantum topologi telah dikembangkan, yang diharapkan dapat menghasilkan komputer kuantum dengan toleransi kesalahan yang lebih tinggi daripada teknik konvensional. Komputasi kuantum topologi adalah teknologi yang membuat qubit tidak terlalu rentan terhadap kesalahan dengan membangunnya dari bahan dengan sifat topologi.
Meningkatkan jumlah qubit juga penting untuk meningkatkan kinerja komputer kuantum, tetapi meningkatkan jumlah qubit juga meningkatkan probabilitas kesalahan. Untuk mengatasi masalah ini, kode pengoreksi kesalahan kuantum baru telah dikembangkan untuk mengelola jumlah qubit yang lebih besar secara efisien. Kode pengoreksi kesalahan ini menggabungkan beberapa qubit fisik menjadi satu qubit logis, sehingga mengurangi kemungkinan kesalahan.
Ekspektasi masa depan.
Dengan pengembangan teknologi koreksi kesalahan kuantum, komputer kuantum yang stabil untuk pengguna diharapkan di masa depan. Komputer kuantum diharapkan dapat membawa inovasi di berbagai bidang, termasuk kedokteran, keuangan, ilmu material, energi, dan penemuan obat, dengan memungkinkan perhitungan yang tidak mungkin dilakukan dengan komputer konvensional.
Sebagai contoh, komputer kuantum memiliki potensi untuk memberikan dampak yang signifikan terhadap masyarakat dengan memungkinkan perhitungan yang tidak mungkin dilakukan dengan komputer konvensional, seperti mengembangkan obat baru, mendesain material baru, memprediksi pasar keuangan, menguraikan kode, memecahkan masalah optimasi yang rumit, dan simulasi kuantum.
Potensi komputer kuantum optik.
Keuntungan dari teknologi kuantum cahaya
Komputer kuantum optik adalah jenis komputer kuantum baru yang menggunakan sifat kuantum cahaya untuk melakukan perhitungan. Foton adalah unit terkecil dari radiasi elektromagnetik, dan tidak memiliki massa, sehingga menghasilkan lebih banyak kesalahan daripada qubit konvensional. Selain itu, foton cocok untuk komputasi kuantum terdistribusi, karena foton dapat melakukan perjalanan jarak jauh, jaringan komunikasi optik seperti serat optik.
Penelitian dan pengembangan yang relevan
Penelitian mengenai komputer kuantum optik dilakukan dengan cermat dan berkembang di seluruh dunia. Secara khusus, pengembangan teknik untuk pembangkitan, kontrol dan pendeteksian cahaya merupakan masalah utama. Pembangkitan foton dan teknologi berdasarkan efek cahaya dan titik-titik kuantum telah dikembangkan. Selain itu, teknologi kontrol foton telah dikembangkan, seperti teknologi kontrol foton yang menggunakan interferensi dan pembalikan gelombang cahaya, dan teknologi kontrol foton yang menggunakan serat optik. Dalam teknologi pendeteksian cahaya, teknologi seperti detektor superkonduktor dan detektor foton tunggal telah dikembangkan.
Jalan menuju komersialisasi
Diharapkan bahwa komputer kuantum optik akan tersedia dengan harga yang terjangkau oleh konsumen pada masa depan. Komputer kuantum optik memiliki potensi untuk merevolusi segala hal mulai dari kedokteran dan keuangan hingga ilmu pengetahuan material dan energi dengan memungkinkan perhitungan yang tidak mungkin dilakukan dengan komputer konvensional. Sebagai contoh, komputer kuantum optik memiliki potensi untuk memberikan dampak yang signifikan terhadap masyarakat dengan memungkinkan perhitungan yang tidak mungkin dilakukan dengan komputer konvensional, seperti mengembangkan obat baru, mendesain material baru, memprediksi pasar keuangan, menguraikan kode, dan memecahkan masalah optimasi yang kompleks.
Penelitian dan aplikasi material kuantum.
Sifat material kuantum
Material kuantum adalah material yang menunjukkan sifat berbeda dari material konvensional karena efek mekanik kuantum. Sebagai contoh, bahan superkonduktor adalah bahan dengan hambatan listrik nol, sebuah teknologi yang sedang dikembangkan untuk pengembangan komputer kuantum. Bahan lain, yang disebut isolator topologi, memiliki sifat unik bahwa arus mengalir di permukaannya tetapi tidak di dalamnya, dan diharapkan dapat digunakan dalam pengembangan komputer kuantum dan perangkat elektronik generasi berikutnya. Isolator topologi membantu melindungi bit kuantum.
Aplikasi untuk teknologi inovatif
Material kuantum memiliki aplikasi potensial di berbagai bidang, termasuk kedokteran, keamanan, dan energi. Sebagai contoh, material kuantum dapat digunakan dalam pengembangan obat baru, desain material baru, pengembangan sel surya yang sangat efisien, dan pengembangan sistem keamanan generasi berikutnya. Material kuantum memiliki potensi untuk memberikan dampak yang signifikan terhadap masyarakat dengan mewujudkan fungsi-fungsi yang tidak dapat dicapai dengan material konvensional.
Pentingnya kerja sama global.
Penelitian tentang material kuantum dilakukan melalui kolaborasi internasional dan berbagi hasil. Penelitian material kuantum dilakukan oleh para peneliti dari berbagai disiplin ilmu, mulai dari ilmu dasar hingga ilmu terapan. Hal ini penting agar penelitian dapat dilakukan dengan lebih efisien melalui pembentukan kerja sama dan berbagi hasil penelitian. Selain itu, karena penelitian material kuantum memiliki potensi untuk memberikan dampak yang signifikan terhadap masyarakat, maka perlu juga untuk mendorong diskusi tentang isu-isu seperti etika.
Masa depan komputasi kuantum
Prospek untuk teknologi generasi berikutnya
Komputer kuantum menawarkan kemungkinan lebih lanjut untuk integrasi dengan teknologi generasi berikutnya.
Sebagai contoh, komputer kuantum yang mengintegrasikan teknologi AI yang canggih diharapkan dapat memungkinkan penemuan wawasan baru dan solusi masalah kompleks dalam kumpulan data yang besar. Komputer ini juga diharapkan dapat memungkinkan inovasi teknologi yang lebih canggih dengan menghubungkannya dengan teknologi seperti kecerdasan buatan, analisis data besar, IoT, dan blockchain.
Komputer kuantum memiliki potensi untuk memajukan teknologi ini secara dramatis dan diharapkan memiliki dampak yang signifikan pada masyarakat.
Dampak terhadap masyarakat
Masih banyak tantangan yang harus dihadapi sebelum masyarakat secara keseluruhan dapat menikmati manfaat komputer kuantum. Komputer kuantum beroperasi dengan mekanisme yang berbeda dari komputer konvensional, yang membutuhkan pengembangan bahasa pemrograman dan perangkat lunak baru untuk menangani komputer kuantum. Selain itu, pengembangan komputer kuantum membutuhkan biaya yang besar, sehingga diperlukan upaya pemangkasan biaya sebelum komputer kuantum dapat tersedia untuk semua orang. Selain itu, komputer kuantum juga dapat menciptakan tantangan keamanan dan privasi baru.
Harapan dan tantangan di masa depan
Melalui penelitian dan pengembangan di masa depan, penggunaan komputer kuantum diharapkan dapat berkembang. Komputer kuantum memiliki potensi untuk menghasilkan inovasi di berbagai bidang, seperti kedokteran, keuangan, ilmu pengetahuan material, energi dan penemuan obat, dengan memungkinkan perhitungan yang tidak mungkin dilakukan dengan komputer konvensional. Namun, masih banyak tantangan yang dihadapi dalam penerapan praktis komputer kuantum. Berbagai tantangan perlu diatasi, termasuk pengembangan teknologi koreksi kesalahan kuantum, meningkatkan kinerja komputer kuantum dan mengembangkan cara-cara untuk menggunakan komputer kuantum. Komputer kuantum merupakan teknologi yang berpotensi mengubah masa depan umat manusia secara signifikan, dan terdapat harapan yang tinggi untuk penelitian dan pengembangan di masa depan.
Komentar.