Apakah Komputasi Kuantum Membentuk Masa Depan? Sejarah, Tantangan, Resiko, dan Manfaat

Belum lama ini, keterbatasan komputer klasik mendorong para ilmuwan untuk mengembangkan jenis komputasi baru – komputasi kuantum. Komputer kuantum menggunakan qubit, bukan bit klasik, dan dapat melakukan penghitungan tertentu jauh lebih cepat daripada komputer klasik. Keuntungan ini berpotensi mengubah banyak bidang dan membuat hidup kita lebih baik. Pada artikel ini, kami akan memberikan gambaran umum tentang komputasi kuantum, termasuk industri dan bidang yang dapat direvolusi oleh komputasi kuantum. Kami juga akan membahas tantangan dan risiko yang terkait dengan teknologi ini, serta apa yang akan terjadi di masa depan.

Interior sistem komputasi IBM Quantum. (Kredit: IBM )

Apa itu Komputasi Kuantum?

Komputasi telah berkembang pesat sejak teori kuantum dikembangkan pada tahun 1920-an dan komputer pertama yang dapat diprogram, Electronic Numerical Integrator and Computer ( ENIAC ), dibuat pada tahun 1945. Mesin tersebut merupakan mesin "otomatis, serba guna, elektronik" pertama. desimal, komputer digital," menurut buku Edwin D. Reilly "Tonggak Sejarah dalam Ilmu Komputer dan Teknologi Informasi". Apa sebenarnya komputasi kuantum itu? Singkatnya, ini adalah teknologi yang berkembang pesat yang memanfaatkan hukum mekanika kuantum untuk memecahkan masalah kompleks dengan cara yang lebih efisien dan kuat dibandingkan komputer klasik. Untuk beberapa masalah, superkomputer tidaklah super. Pada intinya, komputasi kuantum bergantung pada penggunaan bit kuantum (qubit) untuk memproses dan memanipulasi informasi. Tidak seperti bit klasik, yang hanya dapat berada di salah satu dari dua keadaan (0 atau 1), qubit dapat berada di beberapa keadaan secara bersamaan karena fenomena superposisi. Hal ini memungkinkan komputer kuantum melakukan banyak komputasi secara bersamaan. Prinsip penting lain dari komputasi kuantum adalah keterjeratan , yang memungkinkan qubit dikorelasikan sedemikian rupa sehingga keadaan satu qubit dapat langsung mempengaruhi keadaan qubit lainnya, bahkan jika mereka terpisah secara fisik. Hal ini memungkinkan komputer kuantum untuk melakukan tugas-tugas tertentu jauh lebih cepat daripada superkomputer – memfaktorkan bilangan besar, mencari melalui database besar, dll.

Bagaimana Cara Kerja Komputer Quantum?

Seperti yang baru saja disebutkan, komputer kuantum menggunakan qubit, bukan bit, untuk menjalankan algoritma kuantum multidimensi. Qubit dibuat menggunakan superkonduktor, yang menunjukkan efek mekanika kuantum seperti pasangan Cooper yang dapat membawa muatan melalui isolator melalui terowongan kuantum. Perilaku qubit dapat dikontrol dan dimanipulasi dengan menembakkan foton gelombang mikro ke arahnya. Qubit dapat ditempatkan dalam keadaan superposisi, mewakili kombinasi semua kemungkinan konfigurasi qubit. Kelompok qubit dalam superposisi dapat menciptakan ruang komputasi kompleks yang dapat merepresentasikan masalah kompleks dengan cara baru. Komputer kuantum lebih kecil dan memerlukan energi lebih sedikit dibandingkan superkomputer namun harus sangat dingin, yang dicapai dengan menggunakan superfluida yang sangat dingin.

Gambar close-up skema qubit superkonduktor IBM, termasuk tampilan persimpangan Josephson yang diperbesar

Keadaan Komputasi Kuantum Saat Ini

Komputasi kuantum adalah bidang yang berkembang pesat yang akan merevolusi cara memecahkan masalah yang kompleks. Beberapa perusahaan, termasuk IBM, Google, dan Rigetti, telah membuat komputer kuantum dan memanfaatkannya. Ukuran komputer ini berkisar dari beberapa qubit hingga lebih dari 100 qubit, dan masing-masing memiliki arsitektur unik dan serangkaian kemampuan.

• Pada tahun 2017, Rigetti mengumumkan ketersediaan beta publik Forest 1.0, lingkungan pemrograman full-stack pertama di dunia untuk komputasi kuantum.
• Sycamore Google adalah prosesor kuantum yang memiliki 53 qubit. Ini dikembangkan pada tahun 2019 dan diklaim dapat menyelesaikan tugas dalam 200 detik yang membutuhkan waktu 10.000 tahun bagi superkomputer kelas atas untuk menyelesaikannya.
• Komputer kuantum IBM Quantum System One juga diperkenalkan oleh IBM pada tahun 2019. Ini berisi prosesor kuantum transmon 20-qubit yang ditempatkan dalam sistem komputasi 2,7x2,7x2,7 meter. Yang cukup menarik, IBM mengumumkan prosesor 'Osprey' 433-qubit baru di IBM Quantum Summit 2022.

“Prosesor 'Osprey' 433 qubit yang baru membawa kita selangkah lebih dekat ke titik di mana komputer kuantum akan digunakan untuk mengatasi masalah yang sebelumnya tidak dapat dipecahkan,” – Dr. Darío Gil, Wakil Presiden Senior, IBM dan Direktur Riset. Selain perkembangan perangkat keras, perangkat lunak untuk komputasi kuantum juga mengalami kemajuan. Bahasa pemrograman seperti Q# dan Qiskit memungkinkan pengembang untuk menulis program kuantum dan menjalankannya pada perangkat keras atau simulator kuantum. Namun komputasi kuantum masih menghadapi beberapa tantangan dan keterbatasan. Yang utama adalah koreksi kesalahan . Saat program kuantum berjalan, kesalahan dengan cepat terakumulasi, sehingga menimbulkan tantangan bagi para ilmuwan. Oleh karena itu, mengembangkan metode koreksi kesalahan yang efektif sangat penting untuk membangun komputer kuantum berskala besar dan andal. Keterbatasan signifikan lainnya adalah skalabilitas . Meskipun komputer kuantum dengan puluhan atau ratusan qubit sudah ada, membangun komputer kuantum berskala besar dengan ribuan atau jutaan qubit masih merupakan sebuah tantangan. Namun, ada optimisme bahwa tantangan-tantangan ini akan teratasi di tahun-tahun mendatang, sehingga membuka jalan bagi adopsi komputasi kuantum yang lebih luas. Sistem IBM Quantum berjanji untuk meningkatkan skalanya hingga mencapai 4.000+ qubit pada tahun 2025 dan seterusnya.

Bagaimana Komputasi Kuantum Mengubah Dunia? Aplikasi kehidupan nyata

Meskipun demikian, sudah ada beberapa kasus penggunaan di berbagai industri di mana komputasi kuantum menunjukkan hasil yang luar biasa.

Kesehatan

Salah satu bidang yang paling menjanjikan adalah layanan kesehatan. Komputer kuantum dapat mensimulasikan perilaku molekul dan material dengan lebih akurat dibandingkan komputer klasik, sehingga dapat mempercepat penemuan obat baru dan pengobatan penyakit. Misalnya, algoritma kuantum seperti Variational Quantum Eigensolver (VQE) dapat digunakan untuk menghitung struktur elektronik molekul dengan lebih akurat daripada metode klasik. Selain itu, komputasi kuantum dapat digunakan untuk menganalisis kumpulan data besar dari rekam medis dan uji klinis guna mengidentifikasi target baru dalam penemuan obat. Contoh lain bagaimana komputasi kuantum dapat digunakan dalam layanan kesehatan adalah melalui pemeriksaan virtual terhadap calon obat. Hal ini melibatkan pencarian database besar obat-obatan potensial untuk mengidentifikasi obat-obatan yang memiliki khasiat yang diinginkan. Komputasi kuantum mampu mempercepat proses ini dengan melakukan pencarian data dalam jumlah besar secara efisien, sehingga menghasilkan penemuan dan pengembangan obat yang lebih cepat.

Keuangan

Penerapan penting lainnya dari komputasi kuantum mungkin terletak pada optimalisasi masalah, seperti yang dihadapi di bidang keuangan. Komputasi kuantum dapat digunakan untuk meningkatkan pemodelan keuangan dan manajemen risiko. Misalnya, algoritme kuantum dapat digunakan untuk menganalisis kumpulan data besar dengan cepat dan membuat prediksi tentang tren pasar. Selain itu, kriptografi kuantum dapat digunakan untuk mengamankan transaksi keuangan dan melindungi dari ancaman dunia maya. Distribusi kunci kuantum (QKD) adalah teknik yang menggunakan prinsip mekanika kuantum untuk mengirimkan kunci enkripsi secara aman antara dua pihak. QKD memanfaatkan kekuatan qubit yang terjerat untuk menciptakan kunci yang tidak mungkin dicegat tanpa terdeteksi.

Logistik

Komputasi kuantum berpotensi digunakan untuk mengoptimalkan manajemen rantai pasokan, mengurangi biaya transportasi, dan meningkatkan waktu pengiriman. Misalnya, algoritma kuantum dapat digunakan untuk menganalisis dengan cepat rute transportasi dan distribusi yang paling efisien. Selain itu, komputasi kuantum dapat digunakan untuk memecahkan masalah penjadwalan yang kompleks, seperti yang dihadapi dalam penjadwalan penerbangan dan kereta api.

Energi

Algoritme kuantum dapat digunakan untuk mensimulasikan perilaku bahan yang digunakan dalam perangkat penyimpanan energi, sehingga mengarah pada pengembangan baterai yang lebih efisien. Selain itu, komputasi kuantum dapat digunakan untuk mengoptimalkan produksi energi dengan menganalisis pola cuaca dan memprediksi permintaan energi.

Manufaktur

Karena komputasi kuantum mampu menganalisis kumpulan data besar dan memprediksi jadwal produksi yang optimal, komputasi kuantum juga dapat berguna dalam bidang manufaktur. Seperti yang Anda lihat, potensi penerapan komputasi kuantum sangat luas dan terdapat banyak industri yang dapat diubah oleh teknologi ini.

“Ketakutan” akan Masa Depan

Dari semua hal ini, mudah untuk menyimpulkan bahwa dampak komputasi kuantum terhadap masyarakat akan sangat signifikan. Dan sama seperti teknologi revolusioner lainnya, ada beberapa risiko yang terkait dengan komputasi kuantum. Salah satu tantangan paling signifikan adalah implikasi teknologi terhadap etika dan sosial. Komputasi kuantum berpotensi merusak banyak metode enkripsi yang digunakan untuk mengamankan data sensitif, yang dapat menyebabkan pelanggaran privasi dan masalah keamanan lainnya. Selain itu, komputasi kuantum dapat digunakan untuk mengembangkan senjata dan teknologi baru yang mungkin menimbulkan ancaman terhadap keamanan global.

Ringkasan

Meskipun komputasi kuantum menghadirkan beberapa tantangan dan risiko, banyak organisasi secara aktif berupaya mengatasinya dengan mengembangkan metode enkripsi baru, meningkatkan perangkat keras dan perangkat lunak kuantum, serta memberikan peluang pelatihan dan pendidikan. Jadi, kami yakin komputasi kuantum akan merevolusi dunia dengan cara yang baik. Dengan mengembangkan teknologi kuantum yang kuat dan andal, kita dapat membuka potensi penuh komputasi kuantum dan menciptakan masa depan yang lebih cerah bagi komputasi dan masyarakat secara keseluruhan. Sekarang waktunya untuk bertindak, jadi terus jelajahi dunia teknologi dengan CodeGym!