Komputasi emas komputasi kuantum

“Akselerasi Abstraksi Abstrak” oleh PublicDomainPictures (Pixabay)

Dalam beberapa waktu terakhir, istilah "komputasi kuantum" telah menjadi lebih umum di kedua media yang berfokus pada teknologi dan media arus utama. Meskipun demikian, banyak orang masih tidak dapat mendefinisikannya.

Jadi ... apa itu komputasi kuantum? Apa janji yang dimiliki konsep ini? Mengapa perusahaan "teknologi besar" begitu tertarik padanya? Ayo cari tahu.

Komputasi kuantum 101

Komputasi kuantum pada dasarnya memanfaatkan hukum mekanika kuantum untuk memproses informasi. Komputer konvensional menggunakan string panjang "bit", yang menyandikan nol atau satu; sedangkan komputer kuantum menggunakan bit kuantum, atau qubit. Qubit adalah sistem kuantum yang mengkodekan nol dan satu menjadi dua status kuantum yang dapat dibedakan. Namun, karena qubit berperilaku "secara kuantitatif", orang dapat memanfaatkan fenomena "superposisi" dan "keterjeratan."

Qubit adalah sistem kuantum yang mengkodekan nol dan satu menjadi dua status kuantum yang dapat dibedakan.

Mari kita uraikan ini sedikit lebih jauh. Superposisi adalah kemampuan sistem kuantum untuk berada dalam banyak kondisi pada saat yang bersamaan: sesuatu dapat "di sini" dan "di sana," atau "naik" dan "turun" pada saat yang sama. Keterjeratan adalah korelasi kuat yang ada antara partikel-partikel kuantum: dua atau lebih partikel-partikel kuantum dapat dihubungkan secara tak terpisahkan dalam serempak yang sempurna, bahkan ketika dipisahkan oleh jarak yang sangat jauh.

Albert Einstein menggambarkan keterikatan sebagai "tindakan seram di kejauhan."

Banyak aplikasi potensial

Banyak futuris dan pengadu tren lainnya berharap komputasi kuantum dapat digunakan di sejumlah sektor komputasi dan industri.

Salah satu aplikasi yang paling diprediksi untuk komputasi kuantum adalah kecerdasan buatan (alias AI). AI didasarkan pada prinsip belajar dari pengalaman, menjadi lebih akurat ketika umpan balik diberikan, sampai sebuah program komputer muncul untuk memanifestasikan "kecerdasan". Umpan balik ini didasarkan pada penghitungan probabilitas untuk banyak pilihan yang memungkinkan, oleh karena itu AI adalah kandidat yang hebat untuk perhitungan kuantum.

Aplikasi potensial lain yang menarik adalah pemodelan presisi interaksi molekul (menemukan konfigurasi optimal untuk reaksi kimia). "Kimia kuantum" (karena tidak ada kata yang lebih baik) sangat kompleks; hanya molekul paling sederhana yang dapat dianalisis oleh komputer saat ini. Reaksi kimia adalah "kuantum di alam" karena mereka membentuk keadaan superposisi kuantum terjerat. Komputer kuantum sejati dapat mengalami sedikit kesulitan dalam mengevaluasi proses yang kompleks tersebut.

Banyak futuris dan pengadu tren lainnya berharap komputasi kuantum dapat digunakan di sejumlah sektor komputasi dan industri.

Banyak kerangka kerja keamanan online saat ini bergantung pada sulitnya memfaktorkan sejumlah besar ke dalam bilangan prima. Meskipun ini dapat dicapai dengan menggunakan komputer konvensional untuk mencari melalui setiap faktor yang mungkin, waktu yang lama membuat prosesnya mahal dan agak tidak praktis. Komputer kuantum dapat melakukan anjak seperti itu secara eksponensial lebih efisien daripada komputer konvensional. Selain itu, ada metode enkripsi kuantum yang menjanjikan sedang dikembangkan memanfaatkan sifat satu arah keterikatan kuantum. Jaringan di seluruh kota telah diperlihatkan di beberapa negara, dan pada tahun 2017, para ilmuwan Cina mengumumkan mereka berhasil mengirim foton terjerat dari satelit "kuantum" yang mengorbit ke tiga stasiun pangkalan terpisah di Bumi.

Komputasi kuantum juga dapat meningkatkan kerangka simulasi untuk pasar keuangan. Keuntungan utama adalah bahwa keacakan yang melekat pada komputer kuantum bertepatan dengan sifat spekulatif pasar keuangan; investor sering ingin mengevaluasi distribusi hasil di bawah sejumlah besar skenario yang dihasilkan secara acak. Keuntungan lain menawarkan komputasi kuantum adalah bahwa operasi keuangan seperti arbitrase mungkin memerlukan banyak langkah yang bergantung pada jalur, jumlah kemungkinan yang melebihi kapasitas komputer konvensional.

Kemampuan untuk memprediksi cuaca dengan lebih akurat bisa sangat bermanfaat bagi banyak industri seperti produksi makanan dan transportasi, sebut saja beberapa; dan sangat meningkatkan manajemen bencana. Persamaan saat ini yang mengatur proses tersebut mengandung banyak variabel, membuat simulasi klasik agak lama.

Model fisika partikel seringkali cukup kompleks, membingungkan solusi pena-dan-kertas dan membutuhkan banyak waktu komputasi untuk simulasi numerik. Tersebut membuat mereka ideal untuk perhitungan kuantum, dan para peneliti telah mengambil keuntungan dari ini.

Rasa haus teknologi besar untuk para qubit

Seperti yang Anda harapkan, sejumlah perusahaan Big Tech mencari untuk memanfaatkan komputasi kuantum.

Pada tahun 2018, Google yang perkasa meluncurkan Cirq, sebuah perangkat lunak perangkat lunak sumber terbuka yang memungkinkan pengembang membuat algoritma kuantum yang kompleks tanpa memerlukan latar belakang dalam fisika kuantum. Perusahaan terkadang membandingkannya dengan toolkit open source TensorFlow yang populer yang membuatnya lebih mudah untuk membangun perangkat lunak pembelajaran mesin. Saat ini, pengembang dapat menggunakan Cirq untuk membuat algoritma kuantum yang berjalan pada simulator; namun tujuannya adalah untuk membuatnya membantu membangun perangkat lunak yang akan berjalan pada beragam mesin nyata di masa depan. Google juga telah merilis OpenFermion-Cirq, toolkit untuk tujuan menciptakan algoritma yang mensimulasikan molekul dan sifat material.

Google merilis Cirq, toolkit perangkat lunak sumber terbuka yang memungkinkan pengembang membuat algoritma kuantum yang kompleks tanpa memerlukan latar belakang dalam fisika kuantum.

IBM Q Network adalah konsorsium perusahaan besar, startup, institusi akademik, dan laboratorium penelitian yang bekerja bersama untuk memajukan komputasi kuantum dan mengeksplorasi aplikasi praktis. Universitas Negeri Florida, Universitas Stony Brook, Universitas Notre Dame, Virginia Tech dan Universitas Tokyo semua akan dapat mengakses sistem komputasi kuantum IBM yang paling canggih untuk pengajaran serta proyek-proyek penelitian fakultas dan mahasiswa.

- Stony Brook University bekerja dengan Oak Ridge National Lab untuk penelitian bersama dan untuk mempersiapkan tenaga kerja baru yang terampil dalam teknologi kuantum;
- Universitas Notre Dame bekerja dengan siswa untuk mengembangkan aplikasi komputasi kuantum baru dalam kimia, fisika dan teknik dan penciptaan alat untuk meningkatkan efisiensi komputer kuantum; dan
- Virginia Tech bekerja dengan Oak Ridge National Lab, Departemen Energi AS dan IBM Almaden Research Center untuk mengembangkan algoritma kuantum baru di bidang kimia kuantum.

"Mengembangkan aplikasi kuantum praktis yang mendorong terobosan bisnis dan ilmiah membutuhkan ekosistem yang beragam," kata Anthony Annunziata, pemimpin global IBM Q Network.

Ini masih sangat awal dalam permainan, tetapi komputasi kuantum bisa menjadi hal yang kuat di ruang teknologi dan ilmiah.