Salah satu tantangan ilmiah utama di zaman kita adalah perlombaan untuk menciptakan komputer kuantum pertama yang berguna. Ribuan fisikawan dan insinyur berpartisipasi di dalamnya. IBM, Google, Alibaba, Microsoft dan Intel sedang mengembangkan konsep mereka. Bagaimana perangkat komputasi canggih akan mengubah dunia kita, dan mengapa hal itu begitu penting?
Bayangkan sejenak: komputer kuantum lengkap telah dibuat. Ini telah menjadi elemen yang akrab dan alami dalam kehidupan kita. Perhitungan klasik kini hanya dibicarakan di sekolah, dalam pelajaran sejarah. Di suatu tempat jauh di dalam ruang bawah tanah yang dingin, mesin-mesin canggih beroperasi pada qubit untuk menggerakkan robot dengan kecerdasan buatan. Mereka melakukan semua tugas yang berbahaya dan monoton. Berjalan melalui taman, Anda melihat sekeliling dan melihat semua jenis robot. Makhluk humanoid mengajak jalan-jalan anjing, menjual es krim, memperbaiki kabel listrik, dan menyapu area tersebut. Beberapa model menggantikan hewan peliharaan.
Kami mendapat kesempatan untuk mengungkap semua rahasia Alam Semesta dan melihat ke dalam diri kami sendiri. Kedokteran telah mencapai tingkat yang baru - obat-obatan inovatif dikembangkan setiap minggu. Kita dapat meramalkan dan menentukan lokasi sumber daya yang langka seperti gas dan minyak. Masalah pemanasan global telah teratasi, metode penghematan energi telah dioptimalkan, dan tidak ada lagi kemacetan di perkotaan. Komputer kuantum tidak hanya mengendalikan semua mobil robot, tetapi juga memastikan pergerakan bebas: ia memantau situasi di jalan, menyesuaikan rute, dan mengambil alih kendali pengemudi jika diperlukan. Seperti inilah gambaran zaman kuantum.
Demam Emas Kuantum
Prospek penerapannya luar biasa, itulah sebabnya investasi dalam pengembangan kuantum meningkat setiap tahun. Pasar komputasi kuantum global bernilai $81,6 juta pada tahun 2018. Pakar Market.us memperkirakan bahwa pada tahun 2026 akan mencapai $381,6 juta. Artinya, akan meningkat rata-rata 21,26% per tahun dari tahun 2019 hingga tahun 2026.
Pertumbuhan ini didorong oleh meningkatnya penggunaan kriptografi kuantum dalam aplikasi keamanan dan didorong oleh investasi dari pemangku kepentingan pasar komputasi kuantum. Pada awal tahun ini, investor swasta telah mendanai setidaknya 52 perusahaan teknologi kuantum di seluruh dunia, menurut analisis jurnal ilmiah Nature. Pemain besar seperti IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel, dan D-Wave Systems sedang berjuang untuk menciptakan komputer kuantum yang dapat diterapkan secara praktis.
Ya, selama uang yang mengalir ke bidang ini setiap tahunnya mewakili pengeluaran yang kecil (dibandingkan dengan investasi AI sebesar $2018 miliar pada tahun 9,3). Namun angka-angka ini penting bagi industri yang belum matang dan belum memiliki indikator kinerja yang baik.
Memecahkan masalah kuantum
Perlu Anda pahami bahwa saat ini teknologi masih dalam masa pertumbuhan. Hanya prototipe mesin kuantum dan sistem eksperimental tunggal yang dapat dibuat. Mereka mampu mengeksekusi algoritma tetap dengan kompleksitas rendah. Komputer 2-qubit pertama diciptakan pada tahun 1998, dan umat manusia membutuhkan waktu 21 tahun untuk membawa perangkat tersebut ke tingkat yang tepat, yang disebut “supremasi kuantum”. Istilah ini diciptakan oleh profesor Caltech John Preskill. Dan itu berarti kemampuan perangkat kuantum untuk menyelesaikan masalah lebih cepat dibandingkan komputer klasik paling canggih.
Terobosan di bidang ini dilakukan oleh perusahaan California Google. Pada bulan September 2019, perusahaan tersebut mengumumkan bahwa perangkat Sycamore 53-qubit miliknya menyelesaikan penghitungan dalam 200 detik yang membutuhkan waktu 10 tahun bagi superkomputer canggih untuk menyelesaikannya. Pernyataan tersebut menimbulkan banyak kontroversi. IBM dengan tegas tidak setuju dengan perhitungan tersebut. Dalam blognya, perusahaan menulis bahwa superkomputer Summit-nya akan menyelesaikan tugas ini dalam 000 hari. Dan yang diperlukan hanyalah menambah kapasitas penyimpanan disk. Meski pada kenyataannya perbedaannya tidak terlalu besar, Google memang yang pertama mencapai “supremasi kuantum”. Dan ini merupakan tonggak penting dalam penelitian komputer. Tapi tidak lebih. Prestasi Sycamore murni untuk tujuan demonstrasi. Ia tidak memiliki penerapan praktis dan tidak berguna untuk memecahkan masalah nyata.
Masalah utamanya adalah perangkat keras. Meskipun bit komputasi tradisional memiliki nilai 0 atau 1, di dunia kuantum yang aneh, qubit dapat berada di kedua status secara bersamaan. Properti ini disebut superposisi. Qubit seperti gasing yang berputar: mereka berputar searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam, bergerak ke atas dan ke bawah. Jika Anda merasa ini membingungkan, maka Anda berada di perusahaan yang hebat. Richard Feynman pernah berkata, “Jika Anda berpikir Anda memahami mekanika kuantum, Anda tidak memahaminya.” Kata-kata berani dari orang yang memenangkan Hadiah Nobel untuk... mekanika kuantum.
Jadi, qubit sangat tidak stabil dan rentan terhadap pengaruh eksternal. Sebuah mobil lewat di bawah jendela laboratorium, kebisingan internal sistem pendingin, partikel kosmik yang terbang - gangguan apa pun yang tidak disengaja, interaksi apa pun mengganggu sinkronisitasnya dan mereka terurai. Ini merugikan komputasi.
Pertanyaan kunci untuk pengembangan komputasi kuantum adalah solusi perangkat keras manakah dari sekian banyak solusi yang telah dieksplorasi yang akan menjamin stabilitas qubit. Siapa pun yang memecahkan masalah koherensi dan menjadikan komputer kuantum sama lazimnya dengan GPU akan memenangkan Hadiah Nobel dan menjadi orang terkaya di dunia.
Jalan menuju komersialisasi
Pada tahun 2011, perusahaan Kanada D-Wave Systems Inc. adalah orang pertama yang menjual komputer kuantum, meskipun kegunaannya terbatas pada masalah matematika tertentu. Dan dalam beberapa bulan mendatang, jutaan pengembang akan dapat mulai menggunakan prosesor kuantum melalui cloud - IBM berjanji untuk menyediakan akses ke perangkat 53-qubit miliknya. Sejauh ini, 20 perusahaan telah menerima hak istimewa ini melalui program yang disebut Q Network. Diantaranya adalah produsen peralatan Samsung Electronics, produsen mobil Honda Motor dan Daimler, perusahaan kimia JSR dan Nagase, bank JPMorgan Chase & Co. dan Barclays.
Sebagian besar perusahaan yang bereksperimen dengan komputasi kuantum saat ini melihatnya sebagai bagian integral dari masa depan. Misi utama mereka sekarang adalah mencari tahu apa yang berhasil dalam komputasi kuantum dan apa yang tidak. Dan bersiaplah untuk menjadi orang pertama yang memperkenalkan teknologi ke dalam bisnis jika sudah siap.
Organisasi transportasi. Volkswagen, bersama dengan D-Wave, sedang mengembangkan aplikasi kuantum - sistem kontrol lalu lintas. Program baru ini akan memungkinkan organisasi angkutan umum dan perusahaan taksi di kota-kota besar menggunakan armada mereka secara lebih efisien dan meminimalkan waktu tunggu penumpang.
Sektor energi. ExxonMobil dan IBM mempromosikan penggunaan komputasi kuantum di sektor energi. Mereka fokus pada pengembangan serangkaian teknologi energi baru, peningkatan efisiensi energi, dan pengurangan emisi gas rumah kaca. Skala dan kompleksitas tantangan yang dihadapi sektor energi berada di luar jangkauan komputer tradisional saat ini dan sangat cocok untuk pengujian pada komputer kuantum.
Perusahaan farmasi. Accenture Labs bermitra dengan 1QBit, sebuah perusahaan perangkat lunak kuantum. Hanya dalam 2 bulan, mereka beralih dari penelitian hingga pembuktian konsep—menggunakan aplikasi untuk memodelkan interaksi molekul kompleks pada tingkat atom. Berkat kekuatan komputasi kuantum, analisis molekul yang lebih besar kini dapat dilakukan. Apa manfaatnya bagi masyarakat? Obat inovatif dengan efek samping paling sedikit.
Sektor keuangan. Teknologi yang berdasarkan prinsip teori kuantum semakin menarik minat perbankan. Mereka tertarik untuk memproses transaksi, perdagangan, dan jenis data lainnya secepat mungkin. Barclays dan JP Morgan Chase (dengan IBM), serta NatWest (dengan Fujitsu) sudah melakukan eksperimen mereka dalam pengembangan perangkat lunak khusus.
Penerimaan oleh perusahaan-perusahaan besar dan munculnya pionir kuantum yang giat menunjukkan banyak hal tentang kelangsungan komersial kuantum. Kita sudah melihat komputasi kuantum diterapkan pada permasalahan dunia nyata, mulai dari peningkatan efisiensi energi hingga optimalisasi rute kendaraan. Dan yang terpenting, nilai teknologi akan meningkat seiring dengan perkembangannya.
Sumber: www.habr.com