Tidak lama dahulu, batasan komputer klasik mendorong saintis untuk membangunkan jenis pengkomputeran baharu – pengkomputeran kuantum. Komputer kuantum menggunakan qubit dan bukannya bit klasik dan boleh melakukan pengiraan tertentu dengan lebih pantas daripada komputer klasik. Kelebihan ini berpotensi mengubah banyak sfera dan menjadikan hidup kita lebih baik. Dalam artikel ini, kami akan memberikan gambaran keseluruhan pengkomputeran kuantum, termasuk industri dan bidang yang boleh direvolusikan oleh pengkomputeran kuantum. Kami juga akan membincangkan cabaran dan risiko yang berkaitan dengan teknologi ini, serta masa hadapan untuk teknologi ini.
Bahagian dalam sistem pengkomputeran Kuantum IBM. (Kredit: IBM
)
Apakah Pengkomputeran Kuantum?
Pengkomputeran telah berjalan jauh sejak teori kuantum dibangunkan pada tahun 1920-an dan komputer boleh atur cara pertama, Electronic Numerical Integrator and Computer ( ENIAC
), telah dibina pada tahun 1945. Mesin itu adalah yang pertama "automatik, tujuan umum, elektronik, perpuluhan, komputer digital," menurut buku Edwin D. Reilly "Milestones in Computer Science and Information Technology". Apakah sebenarnya pengkomputeran kuantum? Secara ringkasnya, ia merupakan teknologi yang berkembang pesat yang memanfaatkan undang-undang mekanik kuantum untuk menyelesaikan masalah kompleks dengan cara yang lebih cekap dan berkuasa berbanding komputer klasik. Untuk beberapa masalah, superkomputer tidak begitu hebat. Pada terasnya, pengkomputeran kuantum bergantung pada penggunaan bit kuantum (qubit) untuk memproses dan memanipulasi maklumat. Tidak seperti bit klasik, yang hanya boleh wujud dalam satu daripada dua keadaan (0 atau 1), qubit boleh wujud dalam berbilang keadaan serentak disebabkan fenomena superposisi. Ini membolehkan komputer kuantum melakukan banyak pengiraan secara serentak. Satu lagi prinsip utama pengkomputeran kuantum ialah keterikatan , yang membolehkan qubit menjadi berkorelasi sedemikian rupa sehingga keadaan satu qubit boleh menjejaskan keadaan qubit yang lain serta-merta, walaupun ia dipisahkan secara fizikal. Ini membolehkan komputer kuantum melakukan tugas tertentu dengan lebih pantas daripada superkomputer - memfaktorkan nombor yang besar, mencari melalui pangkalan data yang besar, dsb.
Bagaimana Komputer Kuantum Berfungsi?
Seperti yang baru disebutkan, komputer kuantum menggunakan qubit dan bukannya bit untuk menjalankan algoritma kuantum multidimensi. Qubit dicipta menggunakan superkonduktor, yang mempamerkan kesan mekanikal kuantum seperti pasangan Cooper yang boleh membawa cas melalui penebat melalui terowong kuantum. Tingkah laku qubit boleh dikawal dan dimanipulasi dengan menembak foton gelombang mikro ke arah mereka. Qubits boleh diletakkan dalam keadaan superposisi, mewakili gabungan semua kemungkinan konfigurasi qubit. Kumpulan qubit dalam superposisi boleh mencipta ruang pengiraan kompleks yang boleh mewakili masalah kompleks dengan cara baharu. Komputer kuantum adalah lebih kecil dan memerlukan tenaga kurang daripada superkomputer tetapi perlu sangat sejuk, yang dicapai menggunakan cecair super sejuk.
Pengkomputeran kuantum ialah bidang yang berkembang pesat yang akan merevolusikan cara menyelesaikan masalah yang kompleks. Beberapa syarikat, termasuk IBM, Google dan Rigetti, telah membina komputer kuantum dan menggunakannya. Saiz komputer ini terdiri daripada beberapa qubit hingga lebih 100 qubit, dan setiap satunya mempunyai seni bina dan set keupayaan tersendiri.
Pada 2017, Rigetti mengumumkan ketersediaan beta awam Forest 1.0, persekitaran pengaturcaraan tindanan penuh pertama di dunia untuk pengkomputeran kuantum.
Sycamore
Google ialah pemproses kuantum yang mempunyai 53 qubit. Ia dibangunkan pada 2019 dan mendakwa menyelesaikan tugas dalam 200 saat yang memerlukan superkomputer mewah 10,000 tahun untuk diselesaikan.
IBM Quantum System One
komputer kuantum telah diperkenalkan oleh IBM pada 2019 juga. Ia mengandungi pemproses kuantum transmon 20-qubit yang ditempatkan dalam sistem pengkomputeran 2.7x2.7x2.7 meter. Menariknya, IBM mengumumkan pemproses 'Osprey' 433-qubit baharu pada Sidang Kemuncak Kuantum IBM 2022.
"Pemproses 433 qubit 'Osprey' baharu membawa kita selangkah lebih dekat ke titik di mana komputer kuantum akan digunakan untuk menangani masalah yang tidak dapat diselesaikan sebelum ini," – Dr. Darío Gil, Naib Presiden Kanan, IBM dan Pengarah Penyelidikan. Sebagai tambahan kepada pembangunan perkakasan, alat perisian untuk pengkomputeran kuantum juga semakin maju. Bahasa pengaturcaraan seperti Q# dan Qiskit membenarkan pembangun menulis program kuantum dan menjalankannya pada perkakasan atau simulator kuantum. Walau bagaimanapun, pengkomputeran kuantum masih menghadapi beberapa cabaran dan batasan. Yang utama ialah pembetulan ralat . Apabila program kuantum berjalan, ralat cepat terkumpul, menimbulkan cabaran kepada saintis. Jadi, membangunkan kaedah pembetulan ralat yang berkesan adalah penting untuk membina komputer kuantum berskala besar dan boleh dipercayai. Satu lagi had penting ialah kebolehskalaan . Walaupun komputer kuantum dengan puluhan atau ratusan qubit sudah wujud, membina komputer kuantum berskala besar dengan beribu atau berjuta qubit masih menjadi cabaran. Walau bagaimanapun, terdapat keyakinan bahawa cabaran-cabaran ini akan diatasi pada tahun-tahun akan datang, membuka jalan untuk penggunaan lebih meluas pengkomputeran kuantum. Sistem Kuantum IBM berjanji untuk meningkatkan ke arah 4,000+ qubit menjelang 2025 dan seterusnya.
Bagaimana Pengkomputeran Kuantum Mengubah Dunia? Aplikasi kehidupan sebenar
Itu baru dikatakan, sudah terdapat beberapa kes penggunaan dalam industri yang berbeza di mana pengkomputeran kuantum menunjukkan hasil yang menakjubkan.
Penjagaan kesihatan
Salah satu bidang yang paling menjanjikan ialah penjagaan kesihatan. Komputer kuantum boleh mensimulasikan tingkah laku molekul dan bahan dengan lebih tepat berbanding komputer klasik, yang boleh mempercepatkan penemuan ubat dan rawatan baharu untuk penyakit. Sebagai contoh, algoritma kuantum seperti Variational Quantum Eigensolver (VQE) boleh digunakan untuk mengira struktur elektronik molekul dengan lebih tepat daripada kaedah klasik. Selain itu, pengkomputeran kuantum boleh digunakan untuk menganalisis set data besar daripada rekod perubatan dan ujian klinikal untuk mengenal pasti sasaran baharu untuk penemuan ubat. Satu lagi contoh bagaimana pengkomputeran kuantum boleh digunakan dalam penjagaan kesihatan adalah melalui pemeriksaan maya calon dadah. Ini melibatkan pencarian pangkalan data besar ubat-ubatan yang berpotensi untuk mengenal pasti mereka yang mempunyai sifat yang dikehendaki. Pengkomputeran kuantum mampu mempercepatkan proses ini dengan cekap mencari melalui sejumlah besar data, yang membawa kepada penemuan dan pembangunan ubat yang lebih pantas.
Kewangan
Satu lagi aplikasi penting pengkomputeran kuantum mungkin terletak pada pengoptimuman masalah, seperti yang dihadapi dalam bidang kewangan. Pengkomputeran kuantum boleh digunakan untuk menambah baik pemodelan kewangan dan pengurusan risiko. Sebagai contoh, algoritma kuantum boleh digunakan untuk menganalisis set data besar dengan cepat dan membuat ramalan tentang arah aliran pasaran. Selain itu, kriptografi kuantum boleh digunakan untuk menjamin transaksi kewangan dan melindungi daripada ancaman siber. Pengedaran kunci kuantum (QKD) ialah teknik yang menggunakan prinsip mekanik kuantum untuk menghantar kunci penyulitan dengan selamat antara dua pihak. QKD memanfaatkan kuasa qubit terjerat untuk mencipta kunci yang mustahil untuk memintas tanpa dikesan.
Logistik
Pengkomputeran kuantum berpotensi digunakan untuk mengoptimumkan pengurusan rantaian bekalan, mengurangkan kos pengangkutan dan menambah baik masa penghantaran. Sebagai contoh, algoritma kuantum boleh digunakan untuk menganalisis dengan cepat laluan paling cekap untuk pengangkutan dan pengedaran. Selain itu, pengkomputeran kuantum boleh digunakan untuk menyelesaikan masalah penjadualan yang kompleks, seperti yang dihadapi dalam penjadualan syarikat penerbangan dan kereta api.
Tenaga
Algoritma kuantum boleh digunakan untuk mensimulasikan tingkah laku bahan yang digunakan dalam peranti storan tenaga, yang membawa kepada pembangunan bateri yang lebih cekap. Selain itu, pengkomputeran kuantum boleh digunakan untuk mengoptimumkan pengeluaran tenaga dengan menganalisis corak cuaca dan meramalkan permintaan tenaga.
Pembuatan
Memandangkan pengkomputeran kuantum mampu menganalisis set data yang besar dan meramalkan jadual pengeluaran yang optimum, ia juga boleh digunakan dengan baik dalam pembuatan. Seperti yang anda lihat, potensi aplikasi pengkomputeran kuantum adalah luas dan terdapat banyak industri yang boleh diubah oleh teknologi ini.
"Ketakutan" Masa Depan
Daripada semua ini, mudah untuk membuat kesimpulan bahawa kesan pengkomputeran kuantum terhadap masyarakat akan menjadi ketara. Dan sama seperti mana-mana teknologi revolusioner lain, terdapat beberapa risiko yang berkaitan dengan pengkomputeran kuantum. Salah satu cabaran yang paling ketara ialah implikasi etika dan kemasyarakatan teknologi. Pengkomputeran kuantum berpotensi untuk memecahkan banyak kaedah penyulitan yang digunakan untuk menjamin data sensitif, yang boleh membawa kepada pelanggaran privasi dan kebimbangan keselamatan yang lain. Di samping itu, pengkomputeran kuantum boleh digunakan untuk membangunkan senjata dan teknologi baharu yang mungkin menimbulkan ancaman kepada keselamatan global.
Ringkasan
Walaupun pengkomputeran kuantum memberikan beberapa cabaran dan risiko, banyak organisasi sedang giat berusaha untuk menanganinya dengan membangunkan kaedah penyulitan baharu, menambah baik perkakasan dan perisian kuantum, serta menyediakan peluang latihan dan pendidikan. Jadi, kami percaya pengkomputeran kuantum akan merevolusikan dunia dengan cara yang baik. Dengan membangunkan teknologi kuantum yang teguh dan boleh dipercayai, kami boleh membuka kunci potensi penuh pengkomputeran kuantum dan mencipta masa depan yang lebih cerah untuk pengkomputeran dan masyarakat secara keseluruhan. Masa untuk bertindak sekarang, jadi teruskan temui dunia teknologi dengan CodeGym!
GO TO FULL VERSION