Bagaimana Komputer Quantum Bekerja

Komputer kuantum adalah desain komputer yang menggunakan prinsip fisika kuantum untuk meningkatkan daya komputasi di luar apa yang dapat dicapai oleh komputer tradisional. Komputer Quantum telah dibangun dalam skala kecil dan pekerjaan terus ditingkatkan untuk model yang lebih praktis.

Komputer berfungsi dengan menyimpan data dalam a nomor biner format, yang menghasilkan serangkaian 1s & 0s dipertahankan dalam komponen elektronik seperti transistor. Setiap komponen memori komputer disebut a sedikit dan dapat dimanipulasi melalui langkah - langkah logika Boolean sehingga bit berubah, berdasarkan pada algoritma yang diterapkan oleh program komputer, antara mode 1 dan 0 (kadang-kadang disebut "on" dan "mati").

Komputer kuantum, di sisi lain, akan menyimpan informasi sebagai 1, 0, atau superposisi kuantum dari kedua negara. "Bit kuantum" yang demikian memungkinkan fleksibilitas yang jauh lebih besar daripada sistem biner.

Secara khusus, komputer kuantum akan dapat melakukan perhitungan pada urutan yang jauh lebih besar daripada komputer tradisional... sebuah konsep yang memiliki keprihatinan serius dan aplikasi di bidang kriptografi & enkripsi. Beberapa takut bahwa komputer kuantum yang sukses & praktis akan menghancurkan sistem keuangan dunia dengan merobek keamanan komputer mereka enkripsi, yang didasarkan pada anjak angka besar yang benar - benar tidak dapat dipecahkan oleh komputer tradisional dalam umur alam semesta. Komputer kuantum, di sisi lain, dapat memperhitungkan angka-angka dalam periode waktu yang masuk akal.

Untuk memahami bagaimana ini mempercepat, pertimbangkan contoh ini. Jika qubit berada dalam superposisi status 1 dan kondisi 0, maka ia melakukan perhitungan dengan qubit lain di superposisi yang sama, maka satu perhitungan benar-benar memperoleh 4 hasil: hasil 1/1, hasil 1/0, hasil 0/1, dan 0/0 hasil. Ini adalah hasil dari matematika yang diterapkan pada sistem kuantum ketika dalam keadaan dekoherensi, yang berlangsung ketika ia berada di superposisi keadaan hingga ia runtuh menjadi satu keadaan. Kemampuan komputer kuantum untuk melakukan banyak komputasi secara bersamaan (atau secara paralel, dalam istilah komputer) disebut paralelisme kuantum.

Mekanisme fisik yang tepat yang bekerja dalam komputer kuantum agak rumit secara teori dan secara intuitif mengganggu. Secara umum, dijelaskan dengan interpretasi multi-dunia dari fisika kuantum, di mana komputer melakukan perhitungan tidak hanya di alam semesta kita tetapi juga di lain semesta secara bersamaan, sementara berbagai qubit berada dalam keadaan dekoherensi kuantum. Walaupun ini kedengarannya tidak masuk akal, interpretasi multi-dunia telah terbukti membuat prediksi yang cocok dengan hasil eksperimen.

Komputasi kuantum cenderung melacak akarnya kembali ke pidato tahun 1959 oleh Richard P. Feynman di mana ia berbicara tentang efek miniaturisasi, termasuk gagasan untuk mengeksploitasi efek kuantum untuk menciptakan komputer yang lebih kuat. Pidato ini juga umumnya dianggap sebagai titik awal nanoteknologi.

Tentu saja, sebelum efek kuantum komputasi dapat direalisasikan, para ilmuwan dan insinyur harus lebih sepenuhnya mengembangkan teknologi komputer tradisional. Inilah sebabnya, selama bertahun-tahun, hanya ada sedikit kemajuan langsung, atau bahkan minat, dalam gagasan mewujudkan saran-saran Feynman menjadi kenyataan.

Pada tahun 1985, gagasan "gerbang logika kuantum" diajukan oleh David Deutsch dari Universitas Oxford, sebagai sarana untuk memanfaatkan ranah kuantum di dalam komputer. Faktanya, makalah Deutsch tentang hal ini menunjukkan bahwa proses fisik apa pun dapat dimodelkan oleh komputer kuantum.

Hampir satu dekade kemudian, pada tahun 1994, AT&T Peter Shor merancang sebuah algoritma yang hanya dapat menggunakan 6 qubit untuk melakukan beberapa faktorisasi dasar... semakin hasta semakin rumit jumlah yang membutuhkan faktorisasi, tentu saja.

Sejumlah komputer kuantum telah dibangun. Yang pertama, komputer kuantum 2-qubit pada tahun 1998, dapat melakukan perhitungan sepele sebelum kehilangan dekoherensi setelah beberapa nanodetik. Pada tahun 2000, tim berhasil membangun komputer kuantum 4-qubit dan 7-qubit. Penelitian tentang masalah ini masih sangat aktif, meskipun beberapa fisikawan dan insinyur menyatakan keprihatinan atas kesulitan yang terlibat dalam meningkatkan percobaan ini ke sistem komputasi skala penuh. Namun, keberhasilan langkah-langkah awal ini memang menunjukkan bahwa teori fundamental itu masuk akal.

Kelemahan utama komputer kuantum adalah sama dengan kekuatannya: decoherence kuantum. Perhitungan qubit dilakukan ketika fungsi gelombang kuantum dalam keadaan superposisi antar negara, yang memungkinkan untuk melakukan perhitungan menggunakan kedua negara 1 & 0 serentak.

Namun, ketika pengukuran jenis apa pun dilakukan pada sistem kuantum, dekoherensi rusak dan fungsi gelombang runtuh menjadi satu keadaan. Oleh karena itu, komputer harus entah bagaimana terus membuat perhitungan ini tanpa pengukuran yang dilakukan sampai waktu yang tepat, kapan kemudian dapat keluar dari keadaan kuantum, memiliki pengukuran yang diambil untuk membaca hasilnya, yang kemudian diteruskan ke seluruh sistem.

Persyaratan fisik untuk memanipulasi sistem pada skala ini cukup besar, menyentuh bidang superkonduktor, nanoteknologi, dan elektronik kuantum, serta yang lainnya. Masing-masing dari itu sendiri merupakan bidang canggih yang masih sedang dikembangkan sepenuhnya, sehingga berusaha untuk bergabung semuanya bersama-sama menjadi komputer kuantum fungsional adalah tugas yang tidak membuat saya iri siapa saja... kecuali orang yang akhirnya berhasil.