Jika kalian pikir kalian memahami fisika kuantum, kalian tidak mengerti fisika kuantum." Kutipan itu dikaitkan dengan fisikawan Richard Feynman, tetapi tidak jelas apakah ia benar-benar mengatakannya. Berikut ini adalah kutipan Feynman yang lebih dapat diandalkan dari publikasi MIT 1995: "Saya pikir saya bisa mengatakan bahwa tidak ada yang mengerti mekanika kuantum."
Realitas Kuantum
Sekarang kita sudah menyingkir, mari kita lihat apakah ada sesuatu yang kita tahu. Mekanika kuantum aneh. Partikel-partikel kecil di tingkat kuantum tidak berperilaku seperti yang diharapkan. Ada yang berbeda di sana.
Hal-hal gila terjadi di alam semesta kuantum. Ada keacakan intrinsik, ketidakpastian, keterjeratan. Semuanya sepertinya agak banyak.
Kita tahu sekarang bahwa atom dan partikel subatom bertindak seolah-olah mereka terhubung. Einstein menyebut keterikatan kuantum "aksi seram di kejauhan." Bayangkan dua objek yang terpisah secara fisik tetapi mereka berperilaku dengan cara yang sama, mereka memiliki sifat yang sama, dan mereka bertindak sebagai satu. Sekarang bayangkan kedua benda itu berjarak 100.000 tahun cahaya. Memang aneh.
Masih ada lagi. Prinsip ketidakpastian dalam mekanika kuantum mengatakan bahwa sifat tertentu dari partikel tidak dapat diketahui. Tambahkan ke masalah decoherence, yang ada hubungannya dengan runtuhnya fungsi gelombang. Dan versi percobaan celah ganda tampaknya menunjukkan bahwa satu objek kuantum dapat berada di dua tempat pada saat yang sama, bahwa pengamatan mengubah sifat partikel subatomik, atau bahwa elektron tampaknya telah melakukan perjalanan ke masa lalu.
Sekarang kalian tahu mengapa membangun komputer kuantum bisa menjadi tantangan seperti itu. Tapi itu tidak menghentikan orang untuk mencoba.
Pembuatan Bit Quantum
Masalah dengan ketidakpastian adalah bahwa hal itu membuat perhitungan menjadi sulit. Targetnya selalu bergerak. Dan bahkan jika kalian mengembangkan beberapa sistem matematika, bagaimana kalian memperbaiki kesalahan?
" Qubit adalah sistem mekanika kuantum yang, dalam beberapa keadaan yang sesuai, dapat diperlakukan hanya memiliki dua level kuantum," kata Profesor Andrea Morello dari University of New South Wales di Australia. "Dan begitu kalian memilikinya kalian dapat menggunakannya untuk menyandikan informasi kuantum."
Lebih mudah diucapkan daripada dilakukan. Komputer kuantum saat ini belum sangat kuat. Mereka masih berusaha memperbaiki blok bangunan.
Bit kuantum, juga dikenal sebagai qubit, secara eksponensial lebih berpotensi daripada bit klasik dalam komputasi digital biner. Sebuah partikel elementer dapat berada di beberapa negara secara bersamaan, kualitas yang dikenal sebagai superposisi. Sedangkan bit klasik dapat berada di salah satu dari dua negara (satu atau nol), qubit dapat berada di kedua posisi tersebut pada saat yang sama.
Pikirkan koin. Ia memiliki dua sisi: kepala atau ekor. Koin adalah biner. Tetapi bayangkan kalian melempar koin ke udara dan koin itu terus terbalik tanpa batas. Sementara itu terbalik, apakah itu mengarah atau ekor? Apa jadinya jika harus mendarat? Bagaimana kalian bisa menghitung koin flipping? Itu adalah upaya yang lemah untuk menggambarkan superposisi.
Jadi bagaimana kalian membuat qubit? Nah, jika fisikawan kuantum tidak memahami mekanika kuantum, maka kita hampir tidak bisa mengelola penjelasan yang memadai di sini. Mari kita selesaikan daftar singkat teknologi yang sedang diuji untuk membuat qubit:
- Sirkuit superkonduktor
- Putar qubit
- Perangkap ion
- Sirkuit fotonik
- Kepang topologi
Yang paling populer adalah yang pertama. Yang lainnya adalah subjek penelitian universitas. Pada teknik pertama, superkonduktor adalah superkool untuk menghilangkan interferensi elektromagnetik . Tetapi waktu koherensi relatif singkat dan hal-hal rusak. Profesor Morello sedang mengerjakan teknik putaran. Partikel kuantum memiliki muatan listrik , seperti halnya magnet. Dengan mengirimkan pulsa gelombang mikro, ia dapat membuat elektron berputar dari pada ke bawah, sehingga menciptakan transistor elektron tunggal .
Kemudian masih ada masalah toleransi kesalahan dan koreksi kesalahan . Para peneliti di University of California, Santa Barbara telah berhasil mencapai 99,4 persen kesetiaan dengan gerbang qubit mereka. Mereka telah mencapai kesetiaan gerbang 99,9 persen di Universitas Oxford. Jadi, apakah kita sudah sampai?
Seberapa Dekat Kita?
Edwin Cartlidge mengajukan pertanyaan ini dalam artikel Oktober 2016 untuk Optics & Photonics News . Peringatan dari ETSI pada tahun 2015 bahwa organisasi harus beralih ke teknik enkripsi "kuantum aman" harus memberi tahu kalian bahwa ada sesuatu yang sedang terjadi.
Google, Microsoft, Intel dan IBM semuanya ada dalam game. Salah satu ambang batas yang dikejar Google adalah sesuatu yang mereka sebut "supremasi kuantum." Ini digunakan untuk menggambarkan titik di mana komputer kuantum melakukan sesuatu yang tidak bisa dilakukan komputer klasik.
IBM berencana untuk meluncurkan komputer kuantum "universal" pada 2017, menurut David Castelvecchi dalam Scientific American . Dijuluki "IBM Q," itu akan menjadi layanan berbasis cloud yang tersedia melalui internet dengan biaya. Kalian bisa merasakan apa yang sedang mereka kerjakan dengan mencoba Pengalaman Kuantum mereka , yang sekarang tersedia secara online. Tetapi Castelvecchi mengatakan bahwa tidak ada upaya ini yang lebih kuat daripada komputer konvensional - belum. Supremasi kuantum belum ditetapkan.
Google memiliki banyak aplikasi untuk komputer kuantum yang matang, yang pernah dikembangkan. Microsoft sedang mengerjakan komputasi kuantum topologi. Beberapa startup sedang meningkat, dan banyak pekerjaan yang dilakukan di lapangan. Tetapi beberapa ahli memperingatkan bahwa hidangan mungkin belum sepenuhnya matang. "Saya tidak membuat siaran pers tentang masa depan," kata Rainer Blatt di Universitas Innsbruck di Austria. Dan fisikawan David Wineland mengatakan, "Saya optimis dalam jangka panjang, tetapi apa artinya 'jangka panjang', saya tidak tahu."
Bahkan ketika supremasi komputasi kuantum tercapai, jangan mencarinya untuk menggantikan laptop kalian dalam waktu dekat. Komputer kuantum, seperti rekan biner mereka di masa awal, mungkin hanya perangkat khusus yang didedikasikan untuk tujuan tertentu. Salah satu kegunaan paling masuk akal adalah memiliki komputer kuantum yang mensimulasikan mekanika kuantum. Selain dari operasi komputer yang intensif seperti ramalan cuaca, penggunaan komputasi kuantum dapat terpusat dan terbatas pada cloud . Tentu saja, itu mungkin tempat yang tepat untuk itu.
Kesimpulan
Profesor Morello dengan jelas mengidentifikasi tantangan utama komputasi kuantum. Sebelum kalian dapat mulai menyandikan informasi, kalian harus dapat menetapkan dua level kuantum diskrit dengan qubit. Setelah tercapai, komputasi kuantum "memberi kalian akses ke ruang komputasi yang jauh lebih besar secara eksponensial" daripada komputer klasik. Komputer kuantum, misalnya, dengan 300 qubit (N qubits = 2 N bit klasik) akan dapat memproses lebih banyak bit informasi daripada ada partikel di alam semesta.