Apa Keuntungan Kuantum? Saatnya Komputer Kuantum yang Sangat Kuat Akan Tiba

Keunggulan kuantum adalah tonggak sejarah yang sedang diupayakan dengan sungguh-sungguh di bidang komputasi kuantum, ketika komputer kuantum dapat memecahkan masalah yang berada di luar jangkauan komputer non-kuantum, atau klasik, yang paling kuat.

Kuantum mengacu pada skala atom dan molekul di mana hukum fisika yang kita alami tidak berlaku dan berlaku serangkaian hukum yang berbeda dan berlawanan dengan intuisi. Komputer kuantum memanfaatkan perilaku aneh ini untuk memecahkan masalah.

Ada beberapa jenis masalah yang ada tidak praktis untuk dipecahkan oleh komputer klasik, Seperti memecahkan algoritma enkripsi canggih. Penelitian dalam beberapa dekade terakhir menunjukkan bahwa komputer kuantum mempunyai potensi untuk memecahkan beberapa masalah ini. Jika komputer kuantum dapat dibangun dan benar-benar memecahkan salah satu masalah ini, maka komputer tersebut akan menunjukkan keunggulan kuantum.

Saya seorang fisikawan yang mempelajari pemrosesan informasi kuantum dan pengendalian sistem kuantum. Saya percaya bahwa inovasi ilmu pengetahuan dan teknologi ini tidak hanya menjanjikan kemajuan-kemajuan terobosan dalam komputasi namun juga mewakili lonjakan yang lebih luas dalam teknologi kuantum, termasuk kemajuan signifikan dalam kriptografi kuantum dan penginderaan kuantum.

Sumber Kekuatan Komputasi Kuantum

Inti dari komputasi kuantum adalah bit kuantum, atau qubit. Tidak seperti bit klasik, yang hanya dapat berada dalam keadaan 0 atau 1, qubit dapat berada dalam keadaan apa pun yang merupakan kombinasi dari 0 dan 1. Keadaan yang tidak hanya 1 atau hanya 0 ini dikenal sebagai a superposisi kuantum. Dengan setiap qubit tambahan, jumlah status yang dapat diwakili oleh qubit menjadi dua kali lipat.

Properti ini sering disalahartikan sebagai sumber kekuatan komputasi kuantum. Sebaliknya, hal ini terjadi karena interaksi superposisi yang rumit, gangguan , dan belitan.

Interferensi melibatkan manipulasi qubit sehingga statusnya digabungkan secara konstruktif selama komputasi untuk memperkuat solusi yang benar dan secara destruktif untuk menekan jawaban yang salah. Interferensi konstruktif terjadi ketika puncak dua gelombang—seperti gelombang suara atau gelombang laut—bergabung sehingga menghasilkan puncak yang lebih tinggi. Interferensi destruktif terjadi ketika puncak gelombang dan lembah gelombang bergabung dan saling meniadakan. Algoritme kuantum, yang jumlahnya sedikit dan sulit untuk dirancang, mengatur urutan pola interferensi yang menghasilkan jawaban yang benar terhadap suatu masalah.

Keterikatan membentuk korelasi kuantum yang unik antar qubit: Keadaan salah satu qubit tidak dapat dideskripsikan secara independen satu sama lain, tidak peduli seberapa jauh jarak qubit tersebut. Inilah yang oleh Albert Einstein terkenal sebagai “aksi seram dari jarak jauh”. Perilaku kolektif keterikatan, yang diatur melalui komputer kuantum, memungkinkan peningkatan kecepatan komputasi yang berada di luar jangkauan komputer klasik.

[Embedded content]

Aplikasi Komputasi Kuantum

Komputasi kuantum memiliki berbagai kegunaan potensial yang dapat mengungguli komputer klasik. Dalam kriptografi, komputer kuantum menghadirkan peluang sekaligus tantangan. Yang paling terkenal, mereka memiliki potensi untuk menguraikan algoritma enkripsi saat ini, seperti yang banyak digunakan Skema RSA.

Salah satu konsekuensinya adalah protokol enkripsi saat ini perlu direkayasa ulang agar tahan terhadap serangan kuantum di masa depan. Pengakuan ini telah menyebabkan berkembangnya bidang kriptografi pasca-kuantum. Setelah melalui proses yang panjang, Institut Standar dan Teknologi Nasional baru-baru ini memilih empat algoritme tahan kuantum dan telah memulai proses penyiapannya sehingga organisasi di seluruh dunia dapat menggunakannya dalam teknologi enkripsi mereka.

Selain itu, komputasi kuantum dapat mempercepat simulasi kuantum secara dramatis: kemampuan untuk memprediksi hasil eksperimen yang beroperasi di dunia kuantum. Fisikawan terkenal Richard Feynman membayangkan kemungkinan ini lebih dari 40 tahun yang lalu. Simulasi kuantum menawarkan potensi kemajuan besar dalam ilmu kimia dan material, membantu dalam berbagai bidang seperti pemodelan struktur molekul yang rumit untuk penemuan obat dan memungkinkan penemuan atau pembuatan material dengan sifat baru.

Kegunaan lain dari teknologi informasi kuantum adalah penginderaan kuantum: mendeteksi dan mengukur sifat fisik seperti energi elektromagnetik, gravitasi, tekanan, dan suhu dengan sensitivitas dan presisi yang lebih besar dibandingkan instrumen non-kuantum. Penginderaan kuantum memiliki banyak sekali aplikasi di bidang-bidang seperti pemantauan lingkungan, eksplorasi geologi, pencitraan medis, dan pengawasan.

Inisiatif seperti pengembangan a internet kuantum bahwa menghubungkan komputer kuantum merupakan langkah penting untuk menjembatani dunia komputasi kuantum dan klasik. Jaringan ini dapat diamankan menggunakan protokol kriptografi kuantum seperti distribusi kunci kuantum, yang memungkinkan saluran komunikasi ultra-aman yang terlindungi dari serangan komputasi—termasuk serangan yang menggunakan komputer kuantum.

Meskipun rangkaian aplikasi komputasi kuantum semakin berkembang, algoritma baru terus dikembangkan yang memanfaatkan sepenuhnya keunggulan kuantum—khususnya dalam pembelajaran mesin—tetap menjadi area penting dalam penelitian yang sedang berlangsung.

Tetap Koheren dan Mengatasi Kesalahan

Grafik bidang komputasi kuantum menghadapi rintangan signifikan dalam pengembangan perangkat keras dan perangkat lunak. Komputer kuantum sangat sensitif terhadap interaksi yang tidak disengaja dengan lingkungannya. Hal ini mengarah pada fenomena dekoherensi, di mana qubit dengan cepat terdegradasi ke status 0 atau 1 seperti bit klasik.

Membangun sistem komputasi kuantum skala besar yang mampu mewujudkan percepatan kuantum membutuhkan mengatasi dekoherensi. Kuncinya adalah mengembangkan metode yang efektif menekan dan memperbaiki kesalahan kuantum, area yang menjadi fokus penelitian saya.

Dalam menghadapi tantangan-tantangan ini, banyak sekali tantangan yang harus dihadapi startup perangkat keras dan perangkat lunak kuantum telah muncul bersama pemain industri teknologi mapan seperti Google dan IBM. Ketertarikan industri ini, ditambah dengan investasi yang signifikan dari pemerintah di seluruh dunia, menggarisbawahi pengakuan kolektif terhadap potensi transformatif teknologi kuantum. Inisiatif-inisiatif ini menumbuhkan ekosistem yang kaya di mana akademisi dan industri berkolaborasi, sehingga mempercepat kemajuan di lapangan.

Keuntungan Kuantum Mulai Terlihat

Komputasi kuantum suatu hari nanti mungkin akan sama mengganggunya dengan hadirnya teknologi komputasi kuantum AI generatif. Saat ini, perkembangan teknologi komputasi kuantum berada pada titik krusial. Di satu sisi, bidang ini telah menunjukkan tanda-tanda awal telah mencapai keunggulan kuantum yang terspesialisasi secara sempit. Peneliti di Google dan kemudian a tim peneliti di Tiongkok menunjukkan keunggulan kuantum untuk menghasilkan daftar nomor acak dengan properti tertentu. Tim peneliti saya mendemonstrasikan percepatan kuantum untuk permainan tebak angka acak.

Di sisi lain, terdapat risiko nyata memasuki “musim dingin kuantum”, suatu periode berkurangnya investasi jika hasil praktis gagal terwujud dalam waktu dekat.

Meskipun industri teknologi berupaya untuk memberikan keunggulan kuantum dalam produk dan layanan dalam jangka pendek, penelitian akademis tetap fokus pada penyelidikan prinsip-prinsip dasar yang mendasari ilmu pengetahuan dan teknologi baru ini. Penelitian dasar yang berkelanjutan ini, yang didorong oleh kader siswa baru dan cerdas yang antusias seperti yang saya temui hampir setiap hari, memastikan bahwa bidang ini akan terus mengalami kemajuan.

Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.

Kredit Gambar: xx / xx

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://singularityhub.com/2023/11/17/what-is-quantum-advantage-the-moment-extremely-powerful-quantum-computers-will-arrive/