Daftar Isi[Bersembunyi][Menunjukkan]
Komputasi kuantum memproses data menggunakan prinsip mekanika kuantum. Akibatnya, komputasi kuantum membutuhkan pendekatan yang berbeda dari komputasi klasik. Prosesor yang digunakan dalam komputer kuantum adalah salah satu contoh perbedaan ini.
Sedangkan komputer tradisional menggunakan prosesor berbasis silikon, komputer kuantum menggunakan sistem kuantum seperti atom, ion, foton, atau elektron. Mereka menggunakan fitur kuantum untuk mewakili bit yang dapat dibuat dalam berbagai superposisi kuantum 1 dan 0.
Jadi, apa sebenarnya arti istilah "kuantum" dalam konteks ini? Apakah itu lompatan yang signifikan?
Istilah kuantum berasal dari kata Latin kuantum, yang berarti "kuantitas." Ini adalah 'jumlah energi diskrit yang besarnya sebanding dengan frekuensi radiasi yang diwakilinya' dalam fisika. Diskrit mengacu pada sesuatu yang tidak kontinu atau berbeda. Quantum mengacu pada jumlah yang unik atau signifikan dalam pengertian ini.
Apa itu komputasi kuantum?
Komputasi kuantum menggunakan metode aljabar untuk membangun algoritma untuk perhitungan, yang sering kali sama atau mirip dengan yang digunakan dalam fisika kuantum. Mekanika kuantum, pada gilirannya, mengacu pada teori fisika dasar yang menyelami penjelasan kualitas fisik alam pada ukuran atom dan partikel subatom.
A komputer kuantum dengan demikian komputer hipotetis mampu mengimplementasikan algoritma tersebut. Akibatnya, komputer kuantum pada dasarnya didasarkan pada bit kuantum, juga dikenal sebagai qubit, yang dapat dibuat dari satu elektron.
Bahan kuantum berperilaku menurut aturan mekanika kuantum, memanfaatkan gagasan seperti perhitungan probabilistik, superposisi, dan belitan. Ide-ide ini berfungsi sebagai dasar untuk algoritma kuantum, yang menggunakan kemampuan komputer kuantum untuk mengatasi masalah yang rumit.
Dalam artikel ini, saya akan membahas semua yang perlu Anda ketahui tentang belitan kuantum.
Apa itu keterikatan kuantum?
Keterikatan kuantum terjadi ketika dua sistem terkait sangat erat sehingga mengetahui tentang yang satu memberi Anda pengetahuan langsung tentang yang lain, tidak peduli seberapa jauh jaraknya.
Ilmuwan seperti Einstein dibuat bingung oleh fenomena ini, yang ia juluki sebagai "tindakan seram di kejauhan" karena melanggar aturan bahwa tidak ada informasi yang dapat dikirim lebih cepat dari kecepatan cahaya. Eksperimen tambahan menggunakan foton dan elektron, bagaimanapun, terverifikasi keterikatan.
Keterikatan adalah landasan komputasi kuantum. Keterikatan kuantum dalam fisika mengacu pada hubungan yang sangat kuat antara partikel kuantum. Hubungan ini begitu kuat sehingga dua atau lebih partikel kuantum dapat terhubung secara tak terhindarkan saat dipisahkan oleh jarak yang sangat jauh.
Untuk lebih memahami ini, pertimbangkan perbandingan sederhana yang tidak terkait dengan fisika atau komputasi. Pertimbangkan apa yang akan terjadi jika bukan hanya satu, tetapi dua koin yang dilempar. Biasanya, apakah satu koin mendarat di kepala atau di ekor memiliki sedikit pengaruh pada hasil lemparan koin kedua.
Namun, dalam kasus belitan, kedua bagian itu terhubung atau terjerat, terlepas dari apakah mereka terpisah secara fisik. Dalam hal ini, jika satu koin mendarat di kepala, koin kedua juga akan menampilkan kepala, dan sebaliknya.
Memahami belitan kuantum (dengan contoh)
Keterjeratan kuantum memang situasi di mana dua sistem (biasanya elektron atau foton) sangat erat terkait sehingga memperoleh informasi tentang "keadaan" satu sistem (arah putaran elektron, katakanlah "Naik") akan menghasilkan pengetahuan seketika tentang sistem lain. "keadaan" (arah putaran elektron kedua, katakan "Turun") terlepas dari seberapa jauh sistem ini ada.
Ungkapan "instan" dan "terlepas dari seberapa jauh jarak mereka" adalah signifikan. Fenomena ini telah membingungkan para ilmuwan seperti Einstein, karena keadaan tidak didefinisikan sampai diukur, dan transmisi informasi menentang aturan fisika klasik bahwa informasi tidak dapat dibawa lebih cepat daripada kecepatan cahaya.
Namun, keterjeratan telah terbukti menggunakan foton dan elektron sejak 1980-an, berkat penelitian dan pengujian yang dimulai pada 1980-an.
Dua partikel subatom (elektron) dapat dihasilkan sehingga dapat dijelaskan dengan fungsi gelombang tunggal. Keterikatan dapat dicapai dalam satu metode dengan membiarkan partikel induk dengan putaran nol meluruh menjadi dua partikel anak yang terjerat dengan putaran yang sama tetapi berlawanan.
Jika dua partikel anak tidak berinteraksi dengan apa pun, fungsi gelombangnya akan tetap sama dan berlawanan tidak peduli seberapa jauh jaraknya. Para ilmuwan menentukan melalui pengujian bahwa waktu keterjeratan tidak berdampak pada informasi.
Sebaliknya, informasi dikirim ke partikel lain pada kecepatan yang lebih cepat daripada kecepatan cahaya hanya ketika informasi satu partikel diukur.
Akibatnya, informasi mengalir dengan kecepatan ini. Tapi kami tidak memiliki kendali atasnya – kurangnya kendali ini membatasi penggunaan Quantum Entanglement, seperti mengirim pesan atau informasi lain lebih cepat dari kecepatan cahaya.
Apa peran keterjeratan dalam komputasi kuantum?
Mengubah status qubit yang terjerat secara instan mengubah status qubit yang dipasangkan di komputer kuantum. Akibatnya, keterjeratan mempercepat kecepatan pemrosesan komputer kuantum.
Karena pemrosesan satu qubit mengungkapkan informasi tentang banyak qubit, menggandakan jumlah qubit tidak serta merta meningkatkan jumlah proses (yaitu, qubit yang terjerat).
Keterikatan kuantum, menurut penelitian, diperlukan untuk algoritma kuantum untuk memberikan percepatan eksponensial atas perhitungan klasik.
Aplikasi keterjeratan dalam komputasi kuantum
Beberapa aplikasi dapat mengambil manfaat dari karakteristik fisik yang unik ini, yang akan mengubah masa kini dan masa depan kita. Enkripsi kuantum, pengkodean superpadat, mungkin transmisi lebih cepat dari cahaya, dan bahkan teleportasi semuanya mungkin diaktifkan oleh keterjeratan.
Komputer kuantum memiliki potensi untuk mengatasi tantangan waktu dan pemrosesan yang intensif daya di berbagai industri, termasuk keuangan dan perbankan.
Keterjeratan kuantum adalah fenomena yang mungkin membantu komputer semacam itu dengan mengurangi jumlah waktu dan daya pemrosesan yang diperlukan untuk menangani aliran data di antara qubit mereka.
1. Kriptografi Kuantum
Dalam kriptografi klasik, pengirim mengkodekan pesan dengan satu kunci, sedangkan penerima mendekode dengan kunci bersama. Namun, ada bahaya bahwa pihak ketiga akan memperoleh pengetahuan tentang kunci dan dapat mencegat dan merusak kriptografi.
Menciptakan saluran yang aman antara kedua pihak adalah landasan kriptografi yang tidak dapat dipecahkan. Keterikatan dapat menyebabkan hal ini. Karena kedua sistem terjerat, mereka berkorelasi satu sama lain (ketika satu berubah, begitu juga yang lain), dan tidak ada pihak ketiga yang akan berbagi korelasi ini.
Kriptografi kuantum juga mendapat manfaat dari tanpa kloning, yang berarti tidak mungkin menghasilkan replika identik dari keadaan kuantum yang tidak diketahui. Akibatnya, tidak mungkin untuk mereplikasi data yang dikodekan dalam keadaan kuantum.
Dengan distribusi kunci kuantum yang tidak dapat ditembus, kriptografi kuantum telah direalisasikan (QKD). QKD menggunakan foton terpolarisasi secara acak untuk mengkomunikasikan informasi tentang kunci. Penerima menguraikan kunci menggunakan filter polarisasi dan teknik yang digunakan untuk mengenkripsi pesan.
Data rahasia masih ditransfer melalui jalur komunikasi standar, tetapi hanya kunci kuantum yang tepat yang dapat memecahkan kode pesan. Karena "membaca" foton terpolarisasi mengubah statusnya, penyadapan apa pun memperingatkan komunikator tentang gangguan tersebut.
Teknologi QKD saat ini dibatasi oleh kabel serat optik, yang dapat mengirimkan foton sejauh sekitar 100 km sebelum menjadi terlalu redup untuk diterima. Pada tahun 2004, transfer bank QKD terjerat pertama terjadi di Austria.
Memastikan transmisi komunikasi yang tidak dapat dipecahkan dan anti-rusak yang terbukti aman berdasarkan prinsip-prinsip fisik memiliki penerapan yang jelas di bidang keuangan, perbankan, militer, medis, dan sektor lainnya. Beberapa bisnis sekarang menggunakan QKD terjerat.
2. Teleportasi Kuantum
Teleportasi kuantum juga merupakan metode transmisi informasi kuantum antara dua pihak, seperti foton, atom, elektron, dan sirkuit superkonduktor. Menurut penelitian, teleportasi memungkinkan QC berjalan secara paralel sambil menggunakan lebih sedikit listrik yang menurunkan penggunaan daya hingga 100 hingga 1000 kali.
Perbedaan antara teleportasi kuantum dan kriptografi kuantum adalah sebagai berikut:
- Pertukaran teleportasi kuantum Melalui saluran klasik, informasi "kuantum" dikirim.
- Pertukaran kriptografi kuantum Melalui saluran kuantum, informasi "klasik" dikirim.
Kebutuhan daya komputer kuantum menghasilkan panas, yang merupakan tantangan mengingat mereka harus beroperasi pada suhu rendah seperti itu. Teleportasi berpotensi mengarah pada solusi desain yang akan mempercepat pengembangan komputasi kuantum.
3. Sistem Biologis
Tubuh manusia, seperti semua makhluk, terus berubah karena interaksi jutaan proses kimia dan biologis. Sampai saat ini, mereka dianggap linier, dengan "A" mengarah ke "B." Namun, biologi kuantum dan biofisika telah menemukan sejumlah besar koherensi di dalam sistem biologis, dengan QE berperan.
Cara beragam subunit dari struktur protein dikemas bersama dikembangkan untuk memungkinkan keterikatan dan koherensi kuantum berkelanjutan. Biologi Kuantum masih menjadi topik teoretis dengan berbagai keprihatinan yang belum terjawab; ketika mereka ditangani, aplikasi dalam kedokteran akan semakin terlihat.
Komputasi kuantum, secara teori, mungkin lebih menyerupai alam (dengan mensimulasikan ikatan atom) dan sistem biologi kuantum daripada komputer klasik.
4. Pengodean Superdense
Pengkodean superpadat adalah metode mentransmisikan dua bit informasi konvensional menggunakan qubit terjerat tunggal. Kode yang super padat dapat:
- Memungkinkan pengguna untuk mengirim setengah dari apa yang diperlukan untuk merekonstruksi pesan klasik sebelumnya, memungkinkan pengguna untuk berkomunikasi dengan kecepatan dua kali lipat hingga qubit yang dikirim sebelumnya habis.
- Kapasitas saluran kuantum dua arah dalam satu arah digandakan.
- Ubah bandwidth latensi tinggi menjadi bandwidth latensi rendah dengan mentransmisikan setengah data melalui saluran latensi tinggi untuk mendukung data yang masuk melalui saluran latensi rendah.
Setiap generasi komunikasi membutuhkan lebih banyak transfer data. Sebuah keuntungan yang sebanding dalam informasi akan mungkin dengan pengkodean superdense.
Kesimpulan
Keterikatan kuantum memungkinkan kita untuk bekerja dengan data dengan cara yang sebelumnya tidak terbayangkan. Dengan mengintegrasikan komputasi kuantum dengan keterjeratan, kami akan dapat menjawab masalah yang menuntut sejumlah besar data dengan cara yang lebih efisien dan aman.
Dengan penambahan aplikasi biologi dan astronomi, QE dapat digunakan untuk menjawab masalah yang telah lama direnungkan manusia: dari mana kita berasal dan bagaimana semuanya dimulai?
Semakin banyak kemajuan teknologi, semakin banyak aplikasi yang akan kita temukan untuknya— ia memiliki janji yang luar biasa!
Tinggalkan Balasan