Jim Clark, direktur perangkat keras kuantum di Intel, dengan salah satu prosesor kuantum perusahaan. Foto; Intel
- Komputer kuantum adalah teknologi yang sangat menarik yang menjanjikan kemampuan komputasi yang kuat untuk memecahkan masalah yang sebelumnya sulit diselesaikan.
- Para ahli mengatakan IBM telah memimpin dalam komputasi kuantum, itulah sebabnya Google, Intel, Microsoft dan sejumlah startup berada di bawah pengaruhnya.
- Investor tertarik pada startup komputasi kuantum, termasuk IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems, dan Rigetti, yang dapat mengganggu pasar.
- Namun, ada kendalanya: komputer kuantum modern umumnya tidak sekuat atau dapat diandalkan seperti superkomputer saat ini, dan komputer tersebut juga memerlukan kondisi khusus untuk memulai dan melakukan booting.
Pada bulan Januari, IBM membuat gebrakan ketika mengumumkan IBM Q System One, komputer kuantum pertama di dunia yang tersedia untuk bisnis. Perangkat ini ditempatkan dalam wadah kaca ramping dengan volume 9 kaki kubik.
Ini merupakan tonggak penting bagi komputer kuantum, yang masih berada di laboratorium penelitian. Menurut IBM, pembeli sudah mulai ingin mendapatkan teknologi ini, yang menunjukkan potensi di berbagai bidang: kimia, ilmu material, manufaktur makanan, dirgantara, pengembangan obat-obatan, perkiraan pasar saham, dan bahkan perubahan iklim.
IBM Q Sistem Satu. Foto: IBM
Alasan kegembiraan ini adalah karena komputer kuantum tampaknya memiliki sifat ajaib yang memungkinkannya memproses lebih banyak informasi secara eksponensial dibandingkan sistem konvensional. Komputer kuantum bukan hanya komputer yang sangat cepat; lebih tepatnya, ini adalah paradigma komputasi yang sangat berbeda yang memerlukan pemikiran ulang yang radikal.
Pemenang dalam perlombaan teknologi adalah perusahaan yang memanfaatkan peluang yang diberikan oleh teknologi ini. IBM, Microsoft, Google dan raksasa teknologi lainnya, serta perusahaan rintisan, bertaruh pada teknologi ini.
Business Insider bertanya kepada Wakil Presiden Strategi dan Ekosistem IBM Q Bob Sutor tentang cara membuat sistem ini dapat diakses oleh masyarakat: Bagaimana masyarakat dapat mengaksesnya? Berapa banyak orang yang bisa belajar menggunakan komputer kuantum untuk melakukan tugas mereka?
Kecil kemungkinannya untuk melihat komputer kuantum di kantor dalam waktu dekat. Para ahli yang kami ajak bicara percaya bahwa meskipun tersedia untuk IBM, dibutuhkan lima hingga sepuluh tahun lagi sebelum komputasi kuantum benar-benar menjadi mainstream. IBM Q System One saat ini hanya tersedia sebagai layanan komputasi awan untuk pelanggan tertentu. Perlu waktu lama sebelum orang dapat membeli sesuatu seperti ini dan menggunakannya untuk tujuan mereka sendiri.
Memang benar, para ahli mengatakan bahwa komputer kuantum menunjukkan harapan besar, namun masih jauh dari produksi massal. Mereka sangat rapuh dan memerlukan kondisi khusus untuk bekerja. Terlebih lagi, komputer kuantum saat ini tidak dapat diandalkan atau sekuat komputer yang kita miliki.
“Kami percaya bahwa dalam waktu sekitar sepuluh tahun, komputer kuantum akan mengubah hidup Anda atau hidup saya,” Jim Clark, direktur perangkat keras kuantum di Intel, mengatakan kepada Business Insider. — Faktanya, kita sekarang baru berada di mil pertama maraton. Itu tidak berarti kami tidak mengkhawatirkannya."
Apa itu komputer kuantum?
Bill Gates pernah berkata bahwa matematika di balik kuantum berada di luar pemahamannya, namun tidak semua orang setuju.
“Adalah kesalahpahaman bahwa fisika kuantum adalah fisika dan ini terlalu rumit,” Chris Monroe, CEO dan salah satu pendiri IonQ, mengatakan kepada Business Insider. “Apa yang membuatnya tidak dapat dipahami oleh banyak orang adalah karena hal itu tidak dapat dipahami, tetapi bagi saya, hal itu sama tidak dapat dipahaminya dengan Anda.” Jika sesuatu dapat berada dalam superposisi, berarti ia dapat berada dalam dua keadaan pada saat yang bersamaan. Aneh karena kita tidak mengalami hal ini di dunia nyata."
Komputer yang kami gunakan menampilkan data sebagai string 1 atau 0 yang disebut kode biner. Namun, komputer kuantum dapat merepresentasikan data sebagai 1, 0, atau, yang terpenting, kedua angka secara bersamaan.
Ketika suatu sistem dapat berada dalam lebih dari satu keadaan pada saat yang sama, hal ini disebut “superposisi,” salah satu sifat ajaib dari komputasi kuantum. Prinsip penting lainnya di sini adalah "keterikatan", yang merupakan sifat kuantum yang memungkinkan dua partikel bergerak dalam sinkronisasi sempurna, tidak peduli seberapa jauh jarak fisik keduanya.
Seperti yang dijelaskan dalam Scientific American, kedua kualitas ini digabungkan untuk menciptakan komputer yang dapat memproses lebih banyak data secara bersamaan dibandingkan sistem mana pun yang ada di pasaran saat ini.
Kekuatan komputer kuantum diukur dalam qubit, unit pengukuran dasar dalam komputer kuantum. Sama seperti komputer modern yang memiliki prosesor 32-bit atau 64-bit (ukuran seberapa banyak data yang dapat diproses sekaligus), komputer kuantum dengan qubit yang lebih banyak memiliki kekuatan pemrosesan yang jauh lebih besar.
Di dalam komputer kuantum. Foto: IBM
Langit adalah batasnya
Semua ini berarti bahwa komputer kuantum dapat memecahkan masalah yang sebelumnya dibatasi oleh daya komputasi.
Misalnya, komputer kuantum dapat secara kasar memecahkan masalah penjual keliling yang terkenal, sebuah masalah komputasi kompleks yang memerlukan pencarian rute terpendek antara beberapa kota sebelum kembali ke rumah. Kedengarannya sederhana, namun jika Anda melihatnya secara matematis, menemukan satu jalur optimal menjadi lebih sulit seiring Anda menambahkan lebih banyak kota ke rutenya.
Demikian pula, komputer kuantum dapat mengatasi permasalahan yang paling rumit dan memakan waktu, menyaring sejumlah besar data keuangan, farmasi, atau iklim untuk menemukan solusi optimal. Memang benar, startup kuantum D-Wave telah berkolaborasi dengan Volkswagen untuk menganalisis pola mengemudi dan menyaring kebisingan dalam jumlah besar untuk mengetahui penyebabnya.
Kegunaannya dalam bidang kriptografi dibahas. Komputer kuantum mampu menguasai metode enkripsi yang berbeda dari sandi yang diketahui sebelumnya, sehingga memungkinkannya menguraikan rahasia negara dengan mudah. Ada minat besar dari pemerintah global terhadap fitur berguna ini, sementara para aktivis khawatir bahwa munculnya komputasi kuantum dapat merusak privasi.
Masalah fisika
“Karena komputasi kuantum masih dalam tahap awal, masih banyak informasi yang belum terbukti,” kata Matthew Briss, wakil presiden R&D di Gartner. “Tetapi pembeli sudah mencari aplikasi untuk menentukan keunggulan kompetitif komputasi kuantum untuk bisnis mereka,” katanya.
Terlepas dari semua hype tersebut, para ahli percaya bahwa komputer kuantum masih jauh dari kemajuan seperti PC pada tahun 1950an. Tentu saja, mereka mendapatkan momentumnya, tetapi perlahan.
“Komputasi kuantum dapat dibandingkan dengan kereta yang bergerak lambat,” Brian Hopkins, wakil presiden dan analis utama di Forrester, mengatakan kepada Business Insider. “Jika dia bergerak satu inci per detik, maka dalam sebulan dia sudah melewati dua inci per detik.” Sebentar lagi dia akan mulai bergerak lebih cepat."
Masalah besarnya sekarang adalah komputer kuantum tidak dapat melakukan apa pun yang tidak dapat dilakukan oleh komputer klasik. Industri ini menantikan momen yang disebut supremasi kuantum, ketika komputer kuantum akan melampaui batasan yang ada saat ini.
“Saat pelanggan datang kepada kami, hal utama yang mereka sampaikan kepada kami adalah bahwa mereka tidak peduli model apa yang digunakan selama model tersebut bermanfaat bagi bisnis mereka,” kata analis Briss. — Tidak ada model yang dapat mengungguli algoritma klasik. Kita benar-benar harus menunggu hingga perangkat keras komputer kuantum mulai membaik.”
Rekan Peneliti IBM, Katie Pooley, meneliti cryostat yang membantu komputer kuantum menjaga suhu tetap rendah. Foto: Andy Aaron, IBM
Masalah besarnya adalah kurangnya daya komputasi. Diasumsikan bahwa supremasi kuantum akan membutuhkan komputer dengan kekuatan 50 qubit. Meskipun pencapaian ini telah dicapai di laboratorium, hal ini tidak bersifat permanen dan tidak dapat dipertahankan. Memang benar, qubit dapat mengalami kesalahan dan tidak stabil, yang menyebabkan masalah dalam pembuatannya dan mengurangi potensinya.
Faktor penting lainnya adalah lebih banyak materi. Komputer kuantum harus benar-benar terisolasi dari lingkungannya agar dapat berfungsi dan memerlukan suhu yang sangat rendah. Bahkan getaran terkecil pun dapat menyebabkan qubit runtuh, membuatnya keluar dari superposisi, seperti halnya seorang anak yang mengetuk meja menyebabkan koin yang berputar jatuh ke atas meja.
Komputer kuantum sebelumnya, seperti IBM Q System One, berukuran sangat besar sehingga kondisi isolasi dan pendinginan yang diperlukan menjadi tantangan nyata. Yang memperburuk masalah ini adalah kurangnya komponen penting: kabel superkonduktor dan lemari es bersuhu rendah. Mereka berada dalam kondisi kekurangan yang parah.
Pada akhirnya, hal ini berarti bahwa meskipun pengetahuan semakin meningkat dan teknologi semakin maju, komputasi kuantum secara praktis masih belum dapat dilaksanakan.
“Salah satu tantangan dalam kelompok kerja saya adalah memanipulasi material, silikon, logam, sehingga kita dapat menciptakan lingkungan yang sangat homogen,” kata Clark dari Intel. - Ini pada dasarnya adalah teknologi semikonduktor terbaik. Teknologi yang kita perlukan untuk menciptakan komputasi kuantum dalam skala besar belum ada.”
Masalah lainnya adalah komputer kuantum memiliki potensi yang tidak dapat disangkal dalam memberikan daya komputasi yang tidak terduga. Namun, tidak banyak orang di dunia ini yang benar-benar memiliki pengalaman memprogram atau mengoperasikan sistem ini, dan calon pembeli yang tertarik mencoba mencari cara untuk menggunakannya.
Perlombaan Kuantum Hebat
Para analis mengatakan IBM saat ini memimpin perlombaan komputasi kuantum berkat terbatasnya ketersediaan komersial IBM Q System One. Karena diakses melalui cloud, IBM dapat menjaga kondisi khusus ini agar komputer kuantum ini tetap berfungsi sambil tetap mengizinkan pelanggan tertentu untuk menggunakannya.
“Saya pikir [komputer kuantum IBM] sedang berkembang pesat,” kata analis Briss. “Saya pikir komputasi kuantum sebagai model layanan adalah model yang tepat.” Dengan memasukkannya ke dalam wadah dan mengolahnya secara khusus, mereka benar-benar berupaya meningkatkan kualitasnya.”
Sarah Sheldon dan Pat Gumann dari IBM sedang mengerjakan lemari es disolusi yang mendinginkan komputer kuantum. Foto: IBM
Pada saat yang sama, para analis mencatat bahwa setiap pemain di pasar ini dapat melakukan terobosan kapan saja yang memungkinkannya untuk maju, dan hal ini masih merupakan persaingan yang diperlukan.
Berbagai raksasa TI menangani masalah ini secara berbeda. Intel, IBM, Google, dan startup komputasi kuantum Rigetti sedang membangun sistem berdasarkan sirkuit superkonduktor, yang didukung oleh superkomputer canggih.
mengambil pendekatan yang sangat berbeda dan mungkin lebih berisiko dalam mencoba menciptakan qubit yang lebih baik. Qubit topologi yang Microsoft coba buat adalah fragmen elektron untuk menyimpan informasi di banyak tempat sekaligus, membuatnya lebih stabil dan tidak mudah rusak. Ini kurang kuat dibandingkan apa yang coba dibangun oleh para pesaingnya, namun hasilnya akan menjadi langkah maju yang besar bagi seluruh bidang komputasi kuantum, kata analis Hopkins.
“Mereka sedang berjudi dan banyak orang mengira mereka tidak akan pernah berhasil,” kata Hopkins.
Di sisi yang lebih berani, startup seperti IonQ dan D-Wave bertaruh pada teknologi mutakhir seperti perangkap ion dan anil kuantum. Sederhananya, mereka mencoba dengan berbagai cara untuk mencapai kinerja dan stabilitas yang lebih baik dari setiap qubit, menggunakan metode yang benar-benar baru.
“Hal ini memungkinkan kami membangun komputer kuantum yang memecahkan masalah kompleks dan terus mengalami kemajuan dalam melakukannya,” Mark Johnson, wakil presiden desain dan pengembangan produk kuantum dan prosesor di D-Wave, mengatakan kepada Business Insider.
Seorang ilmuwan kuantum IBM berjalan melalui IBM Q Computing Center di Thomas J. Watson Research Center di Yorktown Heights, New York. Foto: Connie Zhou untuk IBM
Startup Kuantum
Lonjakan komputasi kuantum telah memicu gelombang minat investor pada startup terkait. Robert Sutor dari IBM memperkirakan ada sekitar 100 perusahaan rintisan perangkat lunak, perangkat keras, dan bahkan konsultan kuantum di seluruh dunia. Ini kecil dibandingkan dengan pasar startup yang besar, namun jauh lebih besar dari sebelumnya.
“Saya sudah lama berada di bidang ini, sejak awal,” kata Monroe dari IonQ. — Untuk waktu yang lama masih dalam masa pertumbuhan, hingga 5-8 tahun yang lalu menarik perhatian dan menarik investasi besar. Menjadi jelas bahwa waktunya telah tiba.”
Chris Monroe, CEO dan salah satu pendiri startup komputasi kuantum IonQ. Foto: IonQ
Beberapa diantaranya, seperti Rigetti, siap bersaing dengan raksasa teknologi dengan chip kuantum mereka sendiri dan sistem komputasi kuantum yang canggih.
“Ini adalah inti dari bisnis kami,” Betsy Masiello, wakil presiden produk di Rigetti, mengatakan kepada Business Insider. — Ada banyak perusahaan di bidang kuantum yang mengerjakan aplikasi perangkat lunak di bidang komputasi kuantum. Kami memproduksi microchip dan membangun sistem komputasi.”
Matthew Kinsella, direktur pelaksana Maverick Ventures, mengatakan dia optimis di bidang komputasi kuantum. Perusahaannya telah berinvestasi lebih jauh di ColdQuanta, sebuah perusahaan yang membuat peralatan yang digunakan dalam sistem kuantum. Dia memperkirakan komputer kuantum akan mengungguli sistem saat ini dalam lima hingga XNUMX tahun. Maverick Ventures bertaruh untuk jangka panjang.
“Saya sangat percaya pada komputasi kuantum, meskipun mungkin diperlukan waktu lebih lama dari yang diperkirakan sebelum komputer kuantum menjadi lebih baik daripada komputer tradisional dalam memecahkan masalah sehari-hari. Kita mungkin akan melihat manfaat komputer kuantum dalam memecahkan masalah skala kecil dalam beberapa tahun ke depan,” kata Kinsella.
Laboratorium Sistem 2000Q D-Wave. Foto: D-Wave
Kinsella, seperti para analis yang kami ajak bicara, memperkirakan apa yang disebut “musim dingin kuantum”. Mungkin ada hype seputar komputer kuantum, tetapi harapan masyarakat semakin tinggi, para ahli memperingatkan. Mesinnya belum sempurna, dan butuh waktu bertahun-tahun sebelum investor bisa melihat hasilnya.
Dalam perspektif
Bahkan melampaui supremasi kuantum, para ahli meyakinkan kita bahwa masih ada tempat bagi komputer tradisional dan superkomputer. Sampai saat itu tiba, masih ada masalah biaya, ukuran, keandalan, dan kekuatan pemrosesan yang harus diselesaikan sebelum kita dapat mendiskusikannya.
“Kita perlu mengambil napas,” kata analis Briss. “Ada banyak hal menarik yang terjadi di bidang ini yang menyita waktu.” Ini adalah konglomerat fisika, ilmu komputer dan, sejujurnya, analisis ilmiah. Kita tidak perlu mempelajari hal ini jika kita mengetahui semua jawabannya, namun masih banyak penelitian yang harus dilakukan."
Komputer kuantum Rigetti. Foto: Rigetti
Namun, bagi banyak orang, jelas bahwa ini adalah masa depan. Sama seperti pembuat komputer mainframe pertama yang tidak menyadari bahwa hal ini pada akhirnya akan menghasilkan lebih banyak ponsel pintar seukuran telapak tangan. Komputer kuantum bisa menjadi langkah pertama menuju jalur yang benar-benar baru.
Hanya sedikit orang, seperti VP Tata Kelola Perusahaan Microsoft Todd Holmdahl, yang cukup optimis untuk mengatakan bahwa hal ini bisa lebih signifikan daripada kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin saat ini. Dia biasa memberi tahu anak-anaknya bahwa mereka harus melakukan apa yang mereka sukai dan bahwa mereka selalu bisa mendapatkan pekerjaan di bidang kecerdasan buatan. Sekarang dia akan mengatakan hal yang sama tentang komputasi kuantum.
“Ini adalah area yang akan berkembang. Kami membutuhkan orang-orang untuk mengisinya dan menjaganya agar tidak layu,” kata Holmdahl. “Ini memainkan peran penting dalam generasi kita, memberi kita kesempatan untuk menciptakan hal-hal menakjubkan di masa depan.”
Sumber: www.habr.com