Pernah dengar istilah komputer kuantum? Atau mungkin super komputer? Sudah tau cara kerjanya? Mari mengenal super komputer lebih dekat!
Mungkin anda membayangkan komputer biasa namun lebih besar, dengan keajaiban fisika misterius yang terjadi di dalamnya? Lupakan laptop atau desktop. Lupakan server komputer. Komputer kuantum pada dasarnya berbeda dalam tampilannya dan yang lebih penting dalam cara memproses informasi.
Saat ini ada beberapa cara untuk membangun komputer kuantum. Tapi mari kita mulai dengan menjelaskan salah satu desain terkemuka untuk membantu menjelaskan cara kerjanya.
Bayangkan sebuah filamen bola lampu, tergantung terbalik, tetapi itu adalah cahaya paling rumit yang pernah anda lihat. Alih-alih satu lilitan kawat yang ramping, ia telah mengatur kawanan keperakan dari mereka, dikepang dengan rapi di sekitar inti. Mereka diatur dalam lapisan yang menyempit saat anda bergerak ke bawah. Pelat emas memisahkan struktur menjadi beberapa bagian.
Bagian luar kapal ini disebut lampu gantung. Ini adalah lemari es super yang menggunakan campuran helium cair khusus untuk mendinginkan chip kuantum komputer hingga mendekati nol mutlak. Itu suhu terdingin yang mungkin secara teoritis.
Pada suhu rendah seperti itu,
sirkuit superkonduktor kecil dalam chip mengambil sifat kuantumnya. Properti
itulah seperti yang akan segera kita lihat, yang dapat dimanfaatkan untuk
melakukan tugas komputasi yang secara praktis tidak mungkin dilakukan pada
komputer klasik.
Prosesor komputer tradisional
bekerja dalam biner dengan miliaran transistor yang menangani informasi di
laptop atau gawai anda aktif (1) atau mati (0). Menggunakan serangkaian sirkuit
yang disebut "gerbang", komputer melakukan operasi logis berdasarkan
status sakelar biner tersebut.
Komputer klasik dirancang untuk
mengikuti aturan spesifik yang tidak fleksibel. Hal tersebut yang membuat pc
klasik sangat dapat diandalkan, tetapi juga membuatnya tidak cocok untuk
memecahkan jenis masalah tertentu khususnya, masalah pekerjaan dengan komputasi
rumit sebagaimana anda mencoba menemukan jarum di tumpukan jerami.
Di sinilah kelebihan computer kuantum.
Jika anda menganggap komputer memecahkan masalah sebagai mouse yang berjalan melalui labirin, komputer klasik menemukan jalannya dengan mencoba setiap jalur hingga mencapai akhir.
Bagaimana jika, alih-alih memecahkan labirin melalui coba-coba, agan dapat mempertimbangkan semua rute yang mungkin secara bersamaan?
Komputer kuantum melakukan ini dengan mengganti "bit" biner dari komputasi klasik dengan sesuatu yang disebut "qubit." Qubit beroperasi sesuai dengan hukum misterius mekanika kuantum: teori bahwa fisika bekerja secara berbeda pada skala atom dan subatom. Cara klasik untuk mendemonstrasikan mekanika kuantum adalah dengan menyinari cahaya melalui penghalang dengan dua celah. Beberapa cahaya melewati celah atas, beberapa bagian bawah, dan gelombang cahaya saling bertabrakan untuk menciptakan pola interferensi.
Tapi sekarang redupkan cahaya
sampai anda menembakkan foton satu per satu—partikel dasar yang membentuk
cahaya. Logikanya, setiap foton harus melewati satu celah, dan tidak ada yang
mengganggu. Tapi entah bagaimana, nantinya masih berakhir dengan pola interferensi.
Inilah yang terjadi menurut mekanika kuantum: Sampai kita dapat mendeteksinya di layar, setiap foton ada dalam keadaan yang disebut "superposisi." Seolah-olah ia menempuh semua jalur yang mungkin sekaligus. Yaitu, sampai status superposisi "runtuh" di bawah pengamatan untuk mengungkapkan satu titik di layar.
Qubit menggunakan kemampuan ini untuk melakukan perhitungan yang sangat efisien. Untuk contoh labirin, status superposisi akan berisi semua rute yang mungkin. Dan kemudian komputer harus meruntuhkan status superposisi untuk mengungkapkan jalur yang paling mungkin menuju ujung labirin tersebut.
Sama seperti saat kawan sekalian menambahkan
lebih banyak transistor untuk memperluas kemampuan komputer agan sekalian, agan juga
dapat menambahkan lebih banyak qubit untuk membuat komputer kuantum yang lebih
kuat.
Berkat sifat mekanika kuantum
yang disebut “entanglement”, para ilmuwan dapat mendorong beberapa qubit kedalam
keadaan yang “sama”, bahkan jika qubit tidak saling bersentuhan. Sementara
qubit individu ada dalam superposisi dua keadaan ini meningkat secara
eksponensial saat kita melibatkan lebih banyak qubit satu sama lain. Jadi
sistem dua-qubit menyimpan 4 nilai yang mungkin, sistem 20-qubit lebih dari
satu juta.
Jadi apa artinya qubit itu untuk
daya komputasi? Hal tersebut membantu untuk berpikir tentang menerapkan
komputasi kuantum untuk masalah dunia nyata, salah satunya adalah bilangan
prima.
Bilangan prima adalah bilangan
asli yang lebih besar dari 1 yang hanya dapat dibagi rata oleh dirinya sendiri
atau 1. Meskipun mudah untuk mengalikan angka kecil menjadi angka raksasa, jauh
lebih sulit untuk pergi ke arah sebaliknya. Kita tidak bisa hanya melihat angka
dan memberi tahu faktor-faktornya.
Baca Tentang Pirolisis Kayu dan Plastik disini 😀
Pada tahun 1995, M.I.T.
matematikawan Peter Shor, saat itu di AT&T Bell Laboratories, merancang
algoritma baru untuk memfaktorkan bilangan prima berapa pun ukurannya dalam
enkripsi data. Suatu hari, komputer kuantum dapat menggunakan kekuatan
komputasinya, dan algoritma Shor, untuk meretas semuanya, mulai dari catatan
bank hingga file pribadi.
Pada tahun 2001, IBM membuat
komputer kuantum dengan tujuh qubit untuk mendemonstrasikan algoritma Shor.
Untuk qubit, mereka menggunakan inti atom yang memiliki dua status putaran
berbeda yang dapat dikontrol melalui frekuensi radio.
Eksperimen tersebut bukanlah cara yang bagus untuk membuat komputer kuantum, karena sangat sulit untuk ditingkatkan. Tapi hal tersebut berhasil menjalankan algoritma Shor dan faktor 15 menjadi 3 dan 5. Bukan perhitungan yang mengesankan, tetapi masih merupakan pencapaian besar dalam membuktikan algoritma tersebut berfungsi dalam praktik.
Bahkan sekarang, para ahli masih
berusaha membuat komputer kuantum bekerja cukup baik untuk supercomputer.
Menyelesaikan problem tersebut tetap sangat menantang, terutama karena keadaan kuantum rapuh. Sulit untuk sepenuhnya menghentikan qubit berinteraksi dengan lingkungan luarnya, bahkan dengan laser presisi di ruang superdingin atau vakum.
Setiap gangguan dalam sistem kuantum mengarah ke keadaan yang disebut "dekoherensi", di mana superposisi
rusak dan komputer kehilangan informasi.
Sejumlah kecil kesalahan wajar
terjadi dalam komputasi kuantum, karena kita berurusan dengan probabilitas
daripada aturan biner yang ketat. Tetapi dekoherensi sering kali menimbulkan
begitu banyak gangguan sehingga mengaburkan hasilnya.
Ketika satu qubit masuk ke
keadaan dekoherensi, keterikatan yang memungkinkan seluruh sistem rusak.