Pada tahun 1981, ahli fisika Amerika dan penerima Nobel, Richard Feynman, memberikan kuliah di Massachusetts Institute of Technology (MIT) dekat Boston, di mana ia menguraikan ide revolusioner. Feynman menyarankan bahwa fisika aneh mekanika kuantum dapat digunakan untuk melakukan perhitungan.
Bidang komputasi kuantum lahir. Sejak itu, dalam 40 tahun lebih, telah menjadi bidang penelitian intensif dalam ilmu komputer. Meskipun bertahun -tahun perkembangan panik, fisikawan belum membangun komputer kuantum praktis yang cocok untuk penggunaan sehari -hari dan kondisi normal (misalnya, banyak komputer kuantum beroperasi pada suhu yang sangat rendah). Pertanyaan dan ketidakpastian masih tetap tentang cara terbaik untuk mencapai tonggak sejarah ini.
Apa sebenarnya komputasi kuantum, dan seberapa dekat kita melihat mereka menggunakan secara luas? Mari kita lihat komputasi klasik pertama, jenis komputasi yang kita andalkan hari ini, seperti laptop yang saya gunakan untuk menulis bagian ini.
Komputer klasik memproses informasi menggunakan kombinasi “bit”, unit data terkecil mereka. Bit -bit ini memiliki nilai 0 atau 1. Semua yang Anda lakukan di komputer Anda, dari menulis email hingga menjelajahi web, dimungkinkan dengan memproses kombinasi bit ini dalam string nol dan satu.
Komputer kuantum, di sisi lain, menggunakan bit kuantum, atau qubit. Tidak seperti bit klasik, qubit tidak hanya mewakili 0 atau 1. Berkat properti yang disebut superposisi kuantum, qubit dapat berada di banyak negara secara bersamaan. Ini berarti qubit bisa 0, 1, atau keduanya secara bersamaan. Inilah yang memberi komputer kuantum kemampuan untuk memproses sejumlah besar data dan informasi secara bersamaan.
Bayangkan bisa mengeksplorasi setiap solusi yang mungkin untuk suatu masalah sekaligus, alih -alih sekali sekaligus. Ini akan memungkinkan Anda untuk menavigasi jalan melalui labirin dengan secara bersamaan mencoba semua jalur yang mungkin pada saat yang sama untuk menemukan yang tepat. Komputer kuantum karenanya sangat cepat dalam menemukan solusi optimal, seperti mengidentifikasi jalur terpendek, cara tercepat.
Jurik Peter / Shutterstock
Pikirkan tentang masalah penjadwalan ulang penerbangan yang sangat kompleks setelah penundaan atau insiden yang tidak terduga. Ini terjadi dengan keteraturan di dunia nyata, tetapi solusi yang diterapkan mungkin bukan yang terbaik atau optimal. Untuk menyelesaikan respons optimal, komputer standar perlu dipertimbangkan, satu per satu, semua kombinasi yang mungkin dari pemindahan, rute, menunda, membatalkan atau mengelompokkan, penerbangan.
Setiap hari ada lebih dari 45.000 penerbangan, yang diselenggarakan oleh lebih dari 500 maskapai penerbangan, menghubungkan lebih dari 4.000 bandara. Masalah ini akan memakan waktu bertahun -tahun untuk dipecahkan untuk komputer klasik.
Di sisi lain, komputer kuantum akan dapat mencoba semua kemungkinan ini sekaligus dan membiarkan konfigurasi terbaik secara organik muncul. Qubit juga memiliki properti fisik yang dikenal sebagai keterjeratan. Ketika qubit terjerat, keadaan satu qubit dapat bergantung pada keadaan orang lain, tidak peduli seberapa jauh mereka terpisah.
Ini adalah sesuatu yang, sekali lagi, tidak memiliki mitra dalam komputasi klasik. Keterikatan memungkinkan komputer kuantum untuk memecahkan masalah tertentu secara eksponensial lebih cepat daripada komputer tradisional.
Pertanyaan umum adalah apakah komputer kuantum akan sepenuhnya menggantikan komputer klasik atau tidak. Jawaban singkatnya adalah tidak, setidaknya tidak di masa mendatang. Komputer kuantum sangat kuat untuk menyelesaikan masalah spesifik – seperti mensimulasikan interaksi antara molekul yang berbeda, menemukan solusi terbaik dari banyak pilihan atau berurusan dengan enkripsi dan dekripsi. Namun, mereka tidak cocok untuk setiap jenis tugas.
Komputer Klasik memproses satu perhitungan pada suatu waktu dalam urutan linier, dan mereka mengikuti algoritma (set aturan matematika untuk melaksanakan tugas komputasi tertentu) yang dirancang untuk digunakan dengan bit klasik yang 0 atau 1. Ini membuatnya sangat mudah diprediksi, kuat dan dan kuat dan Kurang rentan terhadap kesalahan daripada mesin kuantum. Untuk kebutuhan komputasi sehari -hari seperti pengolah kata atau menjelajah internet, komputer klasik akan terus memainkan peran dominan.
Setidaknya ada dua alasan untuk itu. Yang pertama praktis. Membangun komputer kuantum yang dapat menjalankan perhitungan yang andal sangat sulit. Dunia kuantum sangat fluktuatif, dan qubit mudah terganggu oleh hal -hal di lingkungannya, seperti gangguan dari radiasi elektromagnetik, yang membuat mereka rentan terhadap kesalahan.
Alasan kedua terletak pada ketidakpastian yang melekat dalam berurusan dengan qubit. Karena qubit berada di superposisi (bukan 0 atau 1) mereka tidak dapat diprediksi seperti bit yang digunakan dalam komputasi klasik. Oleh karena itu, fisikawan menggambarkan qubit dan perhitungannya dalam hal probabilitas. Ini berarti bahwa masalah yang sama, menggunakan algoritma kuantum yang sama, berjalan beberapa kali pada komputer kuantum yang sama mungkin mengembalikan solusi yang berbeda setiap kali.
Untuk mengatasi ketidakpastian ini, algoritma kuantum biasanya dijalankan beberapa kali. Hasilnya kemudian dianalisis secara statistik untuk menentukan solusi yang paling mungkin. Pendekatan ini memungkinkan para peneliti untuk mengekstraksi informasi yang bermakna dari perhitungan kuantum probabilistik yang secara inheren.
Dari sudut pandang komersial, pengembangan komputasi kuantum masih dalam tahap awal, tetapi lanskapnya sangat beragam dengan banyak perusahaan baru yang muncul setiap tahun. Sangat menarik untuk melihat bahwa selain perusahaan besar yang mapan seperti IBM dan Google, yang baru bergabung, seperti IQM, Pasqal dan startup seperti Alice dan Bob. Mereka semua bekerja untuk membuat komputer kuantum lebih andal, dapat diukur, dan dapat diakses.
Di masa lalu, produsen telah menarik perhatian pada jumlah qubit di komputer kuantum mereka, sebagai ukuran seberapa kuat mesin itu. Produsen semakin memprioritaskan cara untuk memperbaiki kesalahan yang rentan terhadap komputer kuantum. Pergeseran ini sangat penting untuk mengembangkan komputer kuantum skala besar, toleran terhadap kesalahan, karena teknik ini sangat penting untuk meningkatkan kegunaannya.
Chip kuantum terbaru Google, Willow, baru -baru ini menunjukkan kemajuan luar biasa di bidang ini. Semakin banyak qubit yang digunakan Google di Willow, semakin mengurangi kesalahan. Pencapaian ini menandai langkah yang signifikan menuju membangun komputer kuantum yang relevan secara komersial yang dapat merevolusi bidang -bidang seperti kedokteran, energi, dan AI.
Setelah lebih dari 40 tahun, komputasi kuantum masih dalam masa pertumbuhan, tetapi kemajuan yang signifikan diharapkan dalam dekade mendatang. Sifat probabilistik dari mesin -mesin ini merupakan perbedaan mendasar antara kuantum dan komputasi klasik. Inilah yang membuat mereka rapuh dan sulit untuk dikembangkan dan dikurangi.
Pada saat yang sama, itulah yang membuat mereka menjadi alat yang sangat kuat untuk menyelesaikan masalah optimasi, mengeksplorasi banyak solusi pada saat yang sama, lebih cepat dan lebih efisien dari komputer klasik.
Domenico Vicinanza, Associate Professor Sistem Cerdas dan Ilmu Data, Universitas Anglia Ruskin
Artikel ini diterbitkan ulang dari percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Baca artikel asli.