Koleksi

Apa yang Akan Mengubah Komputasi Kuantum Tepatnya?

Apa yang Akan Mengubah Komputasi Kuantum Tepatnya?

Januari lalu, IBM mengumumkan di Consumer Electronics Show di Las Vegas bahwa mereka memperkenalkan komputer kuantum terintegrasi pertama di dunia untuk tujuan bisnis dan penelitian, yang akan tersedia akhir tahun ini. Ini memicu liputan pers yang biasanya terengah-engah tentang bagaimana komputer kuantum akan mengubah segalanya. Sebenarnya, kami tidak begitu yakin komputasi kuantum apa yang akan berubah, tetapi itu tidak berarti semua itu hype. Ini mungkin tidak "mengubah segalanya", tetapi kemungkinan besar tidak ada yang tetap tidak terpengaruh olehnya, bahkan jika secara tidak langsung.

Apa Itu Komputasi Kuantum dan Apa Kegunaannya?

Komputasi kuantum adalah saat komputer menggunakan superposisi kuantum partikel untuk menyimpan data seperti yang dilakukan bit pada komputer klasik. Qubit, demikian sebutannya, berada dalam keadaan tak tentu yang dibatasi secara inklusif oleh 1 dan 0. Ini berarti mereka bisa 1, 0, atau keduanya 1 dan 0 karena alam semesta belum memutuskan yang mana yang diinginkannya.

Hal ini memungkinkan kami untuk melakukan beberapa kalkulasi sekaligus dengan mengeksploitasi superposisi qubit ini, membuka pintu untuk memecahkan kelas masalah yang mungkin memerlukan ratusan bahkan ribuan tahun untuk dipecahkan menggunakan komputer klasik.

Namun, ada tangkapan. Komputasi kuantum adalah hal yang sangat rumit karena mempertahankan partikel kuantum yang ditangguhkan dalam superposisi hanya dapat dilakukan selama sekitar 100 mikrodetik. Ini juga membutuhkan suhu dan superkonduktor yang sangat dingin, bukan hal-hal yang akan muat di iPhone Anda. Jenis perangkat keras ini membuat komputer kuantum menjadi peralatan yang sangat terspesialisasi yang hanya benar-benar praktis untuk tugas yang sangat spesifik saat ini, hal-hal seperti pemodelan prediksi dan masalah pengoptimalan pada sistem yang rumit dengan sejumlah besar variabel.

LIHAT JUGA: GENERATOR NOMOR ACAK KUANTUM PRAKTIS PERTAMA DAPAT MEREVOLUSI KEAMANAN INTERNET

Dan bahkan kemudian, penggunaannya pada awalnya perlu dijatah untuk sementara, seperti UNIVAC yang lama dulu. CDC akan menggunakan komputer kuantum untuk memodelkan musim flu yang akan datang, jadi rumah sakit lokal yang bukan pusat penelitian utama harus menunggu di tengah antrean yang sangat panjang sampai selesai. Itu kecuali jika Goldman Sachs muncul dan perlu melakukan perkiraan keuangan sebelum Anda mencapai puncaknya.

Jadi Apa Yang Akan Berubah Dengan Komputasi Kuantum?

Pertama, satu hal yang kami tahu pasti adalah bahwa enkripsi RSA modern adalah roti panggang. Enkripsi RSA bergantung pada ketidakmungkinan praktis komputer klasik menemukan faktor prima yang tepat dari bilangan bulat yang sangat besar, seperti jenis besar sepanjang 500 digit. Ini bisa memakan waktu ratusan tahun menggunakan algoritme kami yang paling efisien di komputer klasik, dan ribuan tahun jika Anda hanya mencoba secara kasar untuk mendapatkan jawaban.

Alasan mengapa hal ini dapat dipecahkan dengan komputer kuantum adalah karena ia telah dipecahkan oleh Peter Shor pada tahun 1994. Algoritme Shor, demikian nama solusinya, membutuhkan komputer kuantum yang cukup kuat untuk dijalankan agar dapat memecahkan enkripsi RSA, dan satu lagi belum ada. Ini akan segera terjadi, dan cara kami mengamankan data akan seefektif menggunakan kait dan kait pengait di pintu depan Anda untuk mengamankan rumah Anda. Kami harus menemukan cara yang sama sekali berbeda untuk mengamankan semua data kami yang ada, sebanyak yang kami ketahui.

Adapun hal-hal kita berpikir komputasi kuantum akan berubah, kandidat pertama adalah cara kita mengatur sistem tingkat makro seperti infrastruktur telekomunikasi dan jalan. Cara membuat sistem ini secara optimal seimbang antara biaya dan utilitas adalah salah satu contoh jenis masalah yang mungkin dapat diselesaikan oleh komputer kuantum berkat superposisi kuantum qubit.

Masalah pengoptimalan yang sama mengganggu rantai pasokan global, dan ini bukanlah hal kecil. Sektor transportasi membuang-buang uang dalam jumlah yang tak terkatakan — kita membicarakan kemungkinan ratusan miliar dolar di sini — karena jenis inefisiensi tersembunyi yang akan diidentifikasi oleh pengoptimalan.

Dan tidak hanya pemerintah dan bisnis yang mungkin mendapatkan keuntungan dari komputasi kuantum, tetapi kedokteran, astronomi, dan ilmu lainnya adalah kandidat yang sangat baik untuk kemajuan transformatif. Para astronom yang memburu planet ekstrasurya memiliki banyak petabyte data yang perlu diproses untuk mendapatkan wawasan yang relevan secara ilmiah darinya, dan ini adalah jenis pemrosesan data yang menurut kami komputasi kuantum akan berubah dengan cara yang transformatif.

Dalam kedokteran, komputasi kuantum mungkin dapat mempercepat laju terobosan medis pada tingkat yang luar biasa dengan memproses jenis masalah variabel ganda yang membuat penelitian di bidang ini menjadi tantangan. Dengan memanfaatkan superposisi kuantum qubit untuk memodelkan jenis analisis yang digunakan saat meneliti penyakit dan mengembangkan obat baru, kita mungkin menemukan semua jenis obat dan perawatan baru yang tidak pernah terpikirkan oleh siapa pun.

Perkembangan yang paling signifikan mungkin terjadi dalam fisika, di mana para peneliti yang mengeksplorasi superkonduktivitas berharap suatu hari menggunakan komputasi kuantum untuk mengidentifikasi material superkonduktif pada suhu kamar dengan menggunakan qubit untuk memodelkan senyawa yang berbeda dan menguji karakteristiknya.

Jika superkonduktor seperti itu ditemukan, maka itu akan mengubah segalanya, dengan jujur. Ini akan memungkinkan kita untuk menghilangkan kehilangan energi dari transmisi listrik dan mengubah jaringan energi kita, mengurangi pembangkit listrik yang diperlukan untuk memberi daya pada semuanya menjadi sepersekian dari sekarang. Jika kita menurunkan kebutuhan daya kita cukup dan kita dapat memberi dunia energi terbarukan dengan sangat cepat.

Jadi, Apa yang Tidak Dapat Dilakukan Komputer Quantum?

Kekuatan komputasi kuantum ada dalam superposisi qubitnya. Apa yang kami lakukan dengan data itu, bagaimanapun, tidak akan terbantu oleh komputasi kuantum sama sekali, setidaknya tidak dengan cara apa pun yang dapat kita lihat sekarang. Komputer kuantum tidak akan “menjalankan program” seperti yang dilakukan komputer kita saat ini; komputer kuantum harus menjalankan instruksi program baris demi baris seperti yang harus dilakukan komputer klasik. Superposisi umumnya tidak membantu membuat ini lebih cepat.

Bisa dibayangkan bahwa setelah fisikawan dan kimiawan menemukan superkonduktor suhu ruangan sehingga mereka dapat dibuat cukup kecil untuk dimasukkan ke dalam server jaringan atau komputer rumah, tetapi jika kita pernah menggunakan komputasi kuantum dalam tugas komputasi sehari-hari, kemungkinan besar itu komputer klasik kita mencapai titik dalam program yang membutuhkan jenis tugas yang paling baik ditangani oleh komputer kuantum, seperti faktorisasi bilangan bulat, dan akan terhubung ke komputer kuantum berbasis cloud untuk memproses masalah ini untuk mendapatkan hasil , atau gunakan chip kuantum built-in, QPU, untuk menyelesaikannya dengan cara pemrosesan grafis lepas pantai CPU saat ini ke GPU.

Kinerja meningkat satu juta kali lipat yang beberapa orang antisipasi meskipun hanya akan terjadi pada program yang ditulis dengan buruk yang berulang kali macet melakukan algoritma kompleks yang tidak perlu yang diteruskan ke QPU. Tidak ada program yang ditulis dengan baik yang akan menerapkan algoritme faktorisasi brute force dalam program mana pun yang kemungkinan besar kita jalankan dalam kehidupan kita sehari-hari.

Kami Benar-benar Tidak Tahu Batasan Algoritma Kuantum

Konon, tidak ada yang mengira Mark 1 atau UNIVAC akan berkembang menjadi sesuatu di luar kalkulator ukuran ruangan. Mereka tidak dapat memprediksi jenis penggunaan yang akan digunakan kalkulasi tersebut.

Hari ini, kami sedang membangun kalkulator kuantum berukuran ruangan dan hanya itu yang dapat kami lihat sebagai; suatu hari nanti, seseorang akan menunjukkan kepada kita bagaimana kita berpikir terlalu kecil. Bagaimanapun, baru setelah pengembang bahasa BASIC memasukkan perintah INPUT selama revisi ketiga bahasa, siapa pun menyadari bahwa mereka sekarang dapat menulis program yang berfungsi sebagai permainan dan menjalankannya di komputer mainframe.

Bahkan video game paling canggih atau hanya 1 dan 0. Algoritme dan perangkat I / O seperti monitor dan keyboard membuat angka 1 dan 0 tersebut lebih dari sekadar penghitungan.

Pada akhirnya, terlalu dini untuk mengetahui sesuatu dengan pasti tanpa terlihat seperti orang idiot dalam waktu 10 tahun. Ilmuwan komputer teoretis dan ahli matematika, yang sering mengembangkan algoritme yang dimasukkan ke dalam program yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari, baru sekarang mulai mengeksplorasi jenis algoritme kuantum apa yang dapat dijalankan di komputer kuantum. Setelah mereka mengembangkannya, terserah orang lain untuk mengimplementasikan algoritme kuantum baru tersebut ke dalam jenis pemrograman yang berbeda.

Apa yang bisa kita katakan, bagaimanapun, adalah hal itu akan berubah dengan komputasi kuantum dan pengembangan berikutnya dari algoritme kuantum canggih dan bahwa perubahan ini akan segera hadir.


Tonton videonya: DSBD-04 Arsenal: Mengenal Model-Model dan Algoritma di Data Science (Desember 2021).