Mengenal Komputer Kuantum

Komputasi kuantum adalah bidang komputasi yang berfokus pada pengembangan teknologi komputer berdasarkan prinsip-prinsip teori kuantum (yang menjelaskan perilaku energi dan material pada tingkat atom dan subatom).

Komputasi kuantum memakai kombinasi bit untuk melakukan tugas komputasi tertentu. Dengan efisiensi jauh lebih tinggi dari komputer klasik. Pengembangan komputer kuantum menandai lompatan ke depan dalam kemampuan komputasi, dengan peningkatan kinerja tinggi untuk tugas tertentu.

Komputer kuantum memiliki kecepatan tinggi dalam melakukan pemrosesan melalui kemampuan bit yang dapat berada di beberapa status pada satu waktu yang sama. Mereka dapat melakukan tugas menggunakan kombinasi 1’s, 0’s dan keduanya 1 dan 0 secara bersamaan.

Komputasi kuantum adalah teknologi generasi baru yang 158 juta kali lebih cepat dari superkomputer tercanggih yang ada saat ini. Sebuah pekerjaan yang dikerjakan oleh superkomputer tradisional selama 10.000 tahun, oleh komputer kuantum dapat dilakukan hanya selama 4 menit.

Komputer kuantum menggunakan bit kuantum, yang dinamakan “qubit”.

Bit tradisional hanya bisa jadi 1 atau 0, tetapi qubit bisa jadi 1, 0 atau bisa keduanya sekaligus.

Artinya komputer kuantum tidak harus menunggu 1 proses berakhir sebelum dapat mulai yang lain, tetapi dapat dilakukannya pada waktu yang sama.

Bayangkan ada banyak pintu yang semua terkunci kecuali satu pintu. Kita perlu mencari pintu mana yang terbuka. Komputer tradisional akan terus mencoba setiap pintu, satu demi satu, sampai menemukan pintu yang tidak terkunci. Komputer kuantum bisa mencoba semua pintu sekaligus. Ini yang membuatnya jauh lebih cepat.

Komputasi kuantum dapat membawa perubahan besar meski dalam analitik prediktif. Karena dapat membuat analisis dan prediksi dengan kecepatan sangat tinggi, mampu memprediksi pola cuaca dan melakukan pemodelan lalu lintas, hal-hal di mana ada jutaan bahkan miliaran variabel yang terus berubah.

Komputer standar dapat melakukan yang diperintahkan dengan cukup baik jika diberi program yang tepat oleh manusia. Tapi saat harus prediksi sesuatu, ia tidak begitu pintar. Ini sebabnya ramalan cuaca tidak selalu akurat. Terlalu banyak variabel, hal yang berubah terlalu cepat.

Karena keterbatasan, ada beberapa perhitungan yang mungkin tidak dapat diselesaikan oleh komputer biasa.

Komputer kuantum sangat cepat, hampir tnp batas, dapat merespons informasi yang berubah dengan cepat dan memeriksa hasil dan permutasi dalam jumlah tak terbatas secara bersamaan.

Komputer kuantum memanfaatkan perilaku unik fisika kuantum seperti superposisi, keterjeratan (belitan), dan interferensi kuantum kemudian menerapkannya pada komputasi. Ini mengenalkan sebuah konsep baru untuk metode pemrograman tradisional.

Dalam superposisi, partikel kuantum adalah kombinasi dari semua kemungkinan keadaan. Mereka berfluktuasi sampai mereka diamati dan diukur. Salah satu cara untuk menggambarkan perbedaan antara posisi biner dan superposisi adalah dengan membayangkan sebuah koin.

Bit klasik diukur dengan “membalik koin” dan mendapatkan kepala atau ekor. Tapi, jika dapat melihat koin dan melihat kepala dan ekor pada saat yang sama, serta setiap keadaan di antaranya, koin akan berada dalam superposisi.

“Superposisi kuantum (quantum superposition): properti objek kuantum yang memungkinkan objek tersebut ada di beberapa tempat, atau alam semesta, pada waktu yang sama.”

“Belitan kuantum (quantum entanglement) adalah kemampuan partikel kuantum untuk mengkorelasikan hasil pengukurannya satu sama lain. Saat qubit terjerat, mereka membentuk satu sistem dan saling mempengaruhi. Kita dapat gunakan pengukuran dari sebuah qubit untuk menarik kesimpulan qubit yang lain.”

Dengan menambahkan dan melibatkan lebih banyak qubit dalam suatu sistem, komputer kuantum dapat menghitung lebih banyak informasi secara eksponensial dan memecahkan masalah yang lebih rumit.

“Keterikatan atau belitan kuantum (quantum entanglement): kemampuan untuk menghubungkan dua atau lebih objek kuantum dengan cara yang melampaui ruang dan waktu.”

Interferensi kuantum adalah perilaku intrinsik qubit, karena superposisi, untuk memengaruhi kemungkinan runtuhnya qubit dengan satu atau beberapa cara. Komputer kuantum dirancang dan dibuat untuk mengurangi gangguan sebanyak mungkin dan memastikan hasil yang paling akurat.

Bagaimana cara kerja komputasi kuantum?

Komputer kuantum memiliki tiga bagian utama:

• Area yang menampung semua qubit
• Metode untuk mentransfer sinyal ke qubit
• Komputer klasik untuk menjalankan program dan mengirim instruksi

Untuk beberapa metode penyimpanan qubit, unit yang menampung qubit disimpan pada suhu tepat di atas 0° mutlak untuk memaksimalkan koherensinya dan mengurangi interferensi.

Jenis tempat qubit lainnya menggunakan ruang vakum untuk membantu minimalkan getaran dan stabilkan qubit.

Sinyal dapat dikirim ke qubit menggunakan berbagai metode, termasuk gelombang mikro, laser, dan voltase.

Penggunaan komputer kuantum dan area aplikasi

Di beberapa area komputer kuantum memiliki potensi untuk membuat dampak besar.

Simulasi Kuantum

Komputer kuantum bekerja sangat baik untuk memodelkan sistem kuantum lain karena menggunakan fenomena kuantum dalam perhitungannya. Sehingga dapat menangani kompleksitas dan ambiguitas sistem yang membebani komputer klasik.

Contoh sistem kuantum yang dapat dimodelkan meliputi fotosintesis, superkonduktivitas, dan formasi molekul kompleks.

Kriptografi

Kriptografi klasik seperti algoritma Rivest–Shamir–Adleman (RSA) yang digunakan untuk mengamankan transmisi data bergantung pada kerumitan seperti faktorisasi bilangan bulat atau logaritma diskrit.

Banyak dari masalah ini dapat diselesaikan dengan lebih efisien.

Optimasi

Adalah proses menemukan solusi terbaik untuk hasil yang diinginkan dari masalah dan kendala yang diberikan. Dalam sains dan industri, keputusan penting dibuat berdasarkan faktor-faktor seperti biaya, kualitas, dan waktu produksi, semuanya dapat dioptimalkan.

Dengan algoritma optimasi yang terinspirasi kuantum pada komputer klasik, dapat ditemukan solusi yang sebelumnya tidak mungkin. Juga membantu menemukan cara yang lebih baik untuk mengelola sistem kompleks seperti arus lalu lintas, penetapan gerbang pesawat, pengiriman paket, dan penyimpanan energi.

AI dan Machine Learning

Machine Learning pada komputer klasik merevolusi dunia sains dan bisnis. Tapi memiliki biaya komputasi yang tinggi, dan itu menghambat ruang lingkup dan pengembangan lapangan.

Dengan komputer kuantum, implementasi pada bidang ini membuat Machine Learning bekerja lebih cepat.

AI dan Machine Learning adalah beberapa bidang yang menonjol saat ini, karena teknologi yang muncul telah merambah hampir setiap aspek kehidupan manusia. Beberapa aplikasi yang kita lihat setiap hari adalah pengenalan suara, gambar, dan tulisan tangan.

Tapi karena jumlah aplikasi meningkat, jadi tugas menantang bagi komputer tradisional untuk menyesuaikan akurasi dan kecepatan. Di situlah komputasi kuantum dapat membantu dalam proses masalah kompleks dalam waktu yang sangat singkat, yang akan memakan waktu ribuan thn bagi komputer tradisional.

Kimia Komputasi

Salah satu aplikasi komputasi kuantum yang paling menjanjikan adalah kimia komputasi. Diyakini jumlah keadaan kuantum, bahkan dalam molekul terkecil sekalipun sangat banyak, dan oleh karena itu sulit bagi memori komputasi konvensional untuk memprosesnya.

Kemampuan komputer kuantum yang fokus pada proses 1 dan 0 secara bersamaan dapat memberikan kekuatan besar bagi mesin untuk memetakan molekul yang pada saatnya berpotensi membuka peluang untuk penelitian di bidang farmasi.

Beberapa hal kritis yang dapat dipecahkan dengan komputasi kuantum adalah meningkatkan proses fiksasi nitrogen untuk membuat pupuk berbasis amonia, membuat superkonduktor suhu kamar, menghilangkan karbon dioksida untuk iklim yang lebih baik, dan membuat baterai solid-state.

Pemodelan Keuangan

Bagi industri keuangan, menemukan formula yang tepat untuk investasi yang bermanfaat berdasarkan pengembalian yang diharapkan, risiko yang terkait, dan faktor lainnya adalah penting untuk bertahan di pasar.

Untuk itu, teknik simulasi ‘Monte Carlo’ dijalankan di komputer konvensional, yang menghabiskan banyak waktu. Dengan teknologi kuantum untuk lakukan perhitungan besar dan kompleks, tidak hanya dapat tingkatkan kualitas solusi tapi juga mengurangi waktu untuk mengembangkannya.

Perdagangan algoritmik adalah aplikasi potensial lainnya di mana mesin menggunakan algoritma kompleks untuk secara otomatis memicu transaksi saham menganalisis variabel pasar, yang merupakan keuntungan, terutama untuk transaksi volume tinggi.

Optimalisasi Logistik

• Alur kerja logistik
• Penjadwalan terkait rantai pasokan
• Model operasi
• Rute optimal dari manajemen lalin
• Operasi armada
• Pengangkutan dan distribusi

Biasanya, untuk melakukan tugas-tugas ini, komputasi konvensional digunakan.

Dua teknik kuantum yang digunakan untuk memecahkan hal itu adalah kuantum anil dan komputer kuantum universal. Anil kuantum adalah teknik optimasi yang diharapkan melampaui komputer tradisional. Sebaliknya, komputer kuantum universal mampu memecahkan semua masalah komputasi, belum ada secara komersial.

Perkiraan cuaca

Proses analisis kondisi cuaca dengan komputer tradisional kadang memakan waktu lebih lama daripada perubahan cuaca itu sendiri. Tapi kemampuan komputer kuantum untuk mengolah data dalam jumlah besar, dalam waktu singkat memang dapat meningkatkan pemodelan sistem cuaca yang memungkinkan para ilmuwan untuk memprediksi pola cuaca yang berubah dalam waktu singkat dan dengan akurasi yang sangat baik. Sesuatu yang penting untuk saat ini saat dunia sedang mengalami perubahan iklim.

Prakiraan cuaca mencakup beberapa variabel yang perlu dipertimbangkan, seperti tekanan udara, suhu dan kepadatan udara, yang membuat sulit untuk diprediksi secara akurat. Penerapan komputer kuantum dapat membantu tingkatkan pengenalan pola.

Hal itu mudahkan para ilmuwan memprediksi peristiwa cuaca ekstrem dan berpotensi selamatkan ribuan nyawa tiap thn. Dengan komputer kuantum, ahli meteorologi juga dapat menghasilkan dan analisis model iklim yang lebih rinci, tentang perubahan iklim dan cara untuk menguranginya.

Apa saja yang dipelajari dalam komputer kuantum?

• Teori Kuantum
• Gerbang Logika
• Sirkuit Kuantum
• Protokol Komunikasi Kuantum
• Algoritma Kuantum
• Model Kuantum Komputer
• Aplikasi Potensial
• Hardwarenya

Di seluruh dunia, prospek evolusi komputasi kuantum yang berkembang pesat, akan menantang cara pra-kuantum dalam melakukan pengembangan ilmiah dan industri dengan membuat transformasi digital masyarakat, organisasi, dan pasar keuangan secara fundamental menjadi berbeda.

Di luar penelitian dan pengembangan komersial yang dimungkinkan oleh perusahaan global, universitas, komunitas ilmiah, laboratorium penelitian … negara lain, kita bisa berasumsi, yang paling menarik adalah aplikasi praktis teknologi kuantum.