Transformasi digital mengubah dunia lebih cepat dari sebelumnya. Mempelajari konsep-konsep kunci era digital akan menjadi semakin penting dengan segera hadirnya gelombang teknologi baru yang mampu mengubah model-model yang ada dengan kecepatan dan kekuatan yang menakjubkan: komputasi kuantum.
Pada artikel ini, kami membandingkan konsep dasar komputasi tradisional dan komputasi kuantum, dan juga mulai mengeksplorasi aplikasinya di berbagai bidang.
Apa itu sifat kuantum?
Sepanjang sejarah, manusia telah mengembangkan teknologi karena mereka telah memahami cara kerja alam melalui sains. Antara tahun 1900-an dan 1930-an, studi tentang beberapa fenomena fisik yang belum dipahami dengan baik memunculkan teori fisika baru: Mekanika Kuantum. Teori ini menjelaskan dan menjelaskan cara kerja dunia mikroskopis, habitat alami molekul, atom, dan elektron.
Ia tidak hanya mampu menjelaskan fenomena ini, tetapi juga memungkinkan untuk memahami bahwa realitas subatomik bekerja dengan cara yang sepenuhnya kontra-intuitif, hampir ajaib, dan bahwa peristiwa-peristiwa terjadi di dunia mikroskopis yang tidak terjadi di alam semesta. dunia makroskopik.
Sifat kuantum ini termasuk superposisi kuantum, belitan kuantum, dan teleportasi kuantum.
- superposisi kuantum menjelaskan bagaimana sebuah partikel dapat berada dalam keadaan yang berbeda pada waktu yang sama.
- Keterikatan kuantum menjelaskan bagaimana dua partikel dapat dibawa ke keadaan "terjerat" dan, setelah itu, merespons hampir secara bersamaan dengan cara yang sama, terlepas dari jarak fisik mereka. Dengan kata lain, mereka dapat ditempatkan sejauh yang diinginkan, dan, ketika berinteraksi dengan satu, yang lain bereaksi terhadap interaksi yang sama.
- Teleportasi kuantum menggunakan keterjeratan kuantum untuk mengirim informasi dari satu tempat di ruang angkasa ke tempat lain tanpa perlu melakukan perjalanan melalui ruang angkasa.
Komputasi kuantum didasarkan pada sifat kuantum dari sifat subatomik ini.
Dalam hal ini, pemahaman hari ini tentang dunia mikroskopis melalui Mekanika Kuantum memungkinkan kita untuk menemukan dan merancang teknologi yang mampu meningkatkan kehidupan masyarakat. Ada banyak teknologi berbeda yang menggunakan fenomena kuantum, dan beberapa di antaranya, seperti laser atau magnetic resonance imaging (MRI), telah ada selama lebih dari setengah abad.
Apa itu komputasi kuantum?
Untuk memahami cara kerja komputer kuantum, akan berguna untuk terlebih dahulu menjelaskan cara kerja komputer yang kita gunakan setiap hari, yang disebut dalam artikel ini sebagai komputer digital atau klasik. Ini, seperti semua perangkat elektronik lainnya seperti tablet atau ponsel, menggunakan bit sebagai unit dasar memori. Ini berarti bahwa program dan aplikasi dikodekan dalam bit, yaitu dalam bahasa biner nol dan satu.
Setiap kali kita berinteraksi dengan salah satu perangkat ini, misalnya dengan menekan tombol pada keyboard, string nol, dan string dibuat, dihancurkan dan/atau dimodifikasi di dalam komputer.
Pertanyaan yang menarik adalah, apa angka nol dan satu ini secara fisik di dalam komputer? Keadaan nol dan satu bit sesuai dengan arus listrik yang mengalir, atau tidak, melalui bagian mikroskopis yang disebut transistor, yang bertindak sebagai sakelar. Ketika tidak ada arus yang mengalir, transistor "mati" dan sesuai dengan bit 0, dan ketika mengalir, transistor "on" dan sesuai dengan bit 1.
Dalam bentuk yang lebih sederhana, seolah-olah bit 0 dan 1 sesuai dengan lubang, sehingga lubang kosong adalah sedikit 0 dan lubang yang ditempati oleh elektron adalah sedikit 1. Sekarang kita memiliki gambaran tentang cara kerja komputer saat ini. , mari kita coba memahami cara kerja komputer kuantum.
Dari bit ke qubit
Unit dasar informasi dalam komputasi kuantum adalah bit kuantum atau qubit. Qubit adalah, menurut definisi, sistem kuantum dua tingkat yang, seperti bit, dapat berada pada tingkat rendah, yang sesuai dengan keadaan eksitasi rendah atau energi yang didefinisikan sebagai 0; atau pada tingkat tinggi, yang sesuai dengan keadaan eksitasi yang lebih tinggi atau didefinisikan sebagai 1.
Namun, dan di sinilah letak perbedaan mendasar dengan komputasi klasik, qubit juga dapat berada di salah satu dari jumlah tak terbatas dari status perantara antara 0 dan 1, seperti keadaan setengah 0 dan setengah 1, atau tiga perempat dari 0 dan seperempat. dari 1. Fenomena ini dikenal sebagai superposisi kuantum dan alami dalam sistem kuantum.
Algoritme kuantum: Komputasi yang lebih kuat dan efisien secara eksponensial
Tujuan komputer kuantum adalah untuk memanfaatkan sifat kuantum qubit ini, sebagai sistem kuantum, untuk dapat menjalankan algoritme kuantum yang menggunakan superposisi dan keterjeratan untuk menawarkan kekuatan pemrosesan yang jauh lebih besar daripada yang klasik.
Penting untuk menunjukkan bahwa pergeseran paradigma yang sebenarnya tidak terdiri dari melakukan hal yang sama seperti komputer digital atau klasik -yang sekarang- lakukan, tetapi lebih cepat, seperti yang diklaim banyak artikel secara keliru, melainkan bahwa algoritme kuantum memungkinkan operasi tertentu untuk dilakukan. dilakukan dengan cara yang sama sekali berbeda; yang seringkali lebih efisien -yaitu, dalam waktu yang jauh lebih sedikit atau menggunakan sumber daya komputasi yang jauh lebih sedikit-.
Mari kita lihat contoh konkret dari apa yang tersirat di sini. Mari kita bayangkan bahwa kita berada di San Francisco dan kita ingin tahu rute mana yang terbaik ke New York dari sejuta pilihan untuk sampai ke sana (N=1,000,000). Agar dapat menggunakan komputer untuk menemukan rute yang optimal, kita perlu mendigitalkan 1,000,000 opsi, yang berarti menerjemahkannya ke dalam bahasa bit untuk komputer klasik dan ke dalam qubit untuk komputer kuantum.
Sementara komputer klasik harus melalui semua jalur satu per satu hingga menemukan jalur yang diinginkan, komputer kuantum memanfaatkan proses yang dikenal sebagai paralelisme kuantum yang memungkinkannya, pada dasarnya, mempertimbangkan semua jalur sekaligus. Ini menyiratkan bahwa komputer kuantum akan menemukan rute optimal jauh lebih cepat daripada komputer klasik, karena optimalisasi sumber daya yang digunakan.
Untuk memahami perbedaan kapasitas komputasi, dengan n qubit kita dapat melakukan hal yang setara dengan apa yang mungkin dilakukan dengan 2n bit. Sering dikatakan bahwa dengan sekitar 270 qubit Anda dapat memiliki lebih banyak keadaan dasar di komputer kuantum – string karakter yang lebih berbeda dan simultan – daripada jumlah atom di alam semesta, yang diperkirakan sekitar 280. Contoh lain adalah diperkirakan bahwa dengan komputer kuantum antara 2000 dan 2500 qubit Anda dapat memecahkan hampir semua kriptografi yang digunakan saat ini (dikenal sebagai kriptografi kunci publik).
Sejauh kriptografi berjalan, ada banyak keuntungan menggunakan komputasi kuantum. Jika dua sistem murni terjerat, itu berarti mereka berkorelasi satu sama lain (yaitu, ketika satu berubah, yang lain juga berubah) dan tidak ada pihak ketiga yang berbagi korelasi ini.
Takeaway
Kita berada dalam masa transformasi digital di mana berbagai teknologi baru seperti blockchain, kecerdasan buatan, drone, Internet of Things, realitas virtual, 5G, printer 3D, robot atau kendaraan otonom semakin hadir di berbagai bidang dan sektor.
Teknologi-teknologi ini, yang dirancang untuk meningkatkan kualitas hidup manusia dengan mempercepat pembangunan dan menghasilkan dampak sosial, saat ini sedang berkembang secara paralel. Jarang sekali kita melihat perusahaan mengembangkan produk yang mengeksploitasi kombinasi dua atau lebih teknologi ini, seperti blockchain dan IoT atau drone dan kecerdasan buatan.
Sementara mereka ditakdirkan untuk bertemu dan dengan demikian menghasilkan dampak yang lebih besar secara eksponensial, tahap awal pengembangan mereka dan kelangkaan pengembang dan orang-orang dengan latar belakang teknis berarti bahwa konvergensi masih merupakan tugas yang tertunda.
Karena potensinya yang mengganggu, teknologi kuantum diharapkan tidak hanya menyatu dengan semua teknologi baru ini, tetapi juga memiliki pengaruh luas pada hampir semua teknologi tersebut. Komputasi kuantum akan mengancam otentikasi, pertukaran, dan penyimpanan data yang aman, yang berdampak lebih besar pada teknologi di mana kriptografi memainkan peran yang lebih relevan, seperti keamanan siber atau blockchain.
Tinggalkan Balasan