Jumlah besar pengolahan daya yang dihasilkan oleh produsen komputer belum mampu untuk memuaskan kehausan kita untuk kecepatan dan kapasitas komputasi. Pada tahun 1947 insinyur komputer, Amerika Howard Aiken mengatakan bahwa hanya enam komputer digital elektronik akan memenuhi kebutuhan komputasi Amerika Serikat. Lainnya telah membuat prediksi yang menyimpang yang sama mengenai jumlah daya komputasi yang akan mendukung kebutuhan kami yang berkembang teknologi. Tentu saja, Aiken tidak mengandalkan sejumlah besar data yang dihasilkan oleh penelitian ilmiah, perkembangan komputer pribadi atau munculnya Internet, yang hanya memicu kebutuhan kita untuk daya komputasi yang lebih, lebih dan lebih.
Definisi Quantum Computers
Mesin Turing, yang dikembangkan oleh Alan Turing pada tahun 1930, adalah perangkat teoritis yang terdiri dari rekaman panjang tak terbatas yang dibagi menjadi kotak kecil. Setiap persegi dapat memegang simbol (1 atau 0) atau dibiarkan kosong. Sebuah perangkat read-write membaca simbol-simbol dan kosong, yang memberikan mesin instruksi untuk melakukan sebuah program tertentu. Apakah ini terdengar akrab? Nah, dalam mesin Turing kuantum, perbedaannya adalah bahwa rekaman itu ada dalam keadaan kuantum, seperti halnya kepala baca-tulis. Ini berarti bahwa simbol pada pita dapat berupa 0 atau 1 atau superposisi dari 0 dan 1, dengan kata lain simbol keduanya 0 dan 1 (dan semua titik di antara) pada saat yang sama. Sementara mesin Turing normal hanya dapat melakukan satu perhitungan pada suatu waktu, sebuah mesin Turing kuantum dapat melakukan perhitungan banyak sekaligus.
Hari ini komputer, seperti mesin Turing, bekerja dengan memanipulasi bit yang ada di salah satu dari dua negara bagian: 0 atau 1. Quantum komputer tidak terbatas pada dua negara, mereka menyandikan informasi sebagai bit kuantum, atau qubit, yang bisa eksis dalam superposisi. Qubit mewakili atom, ion, foton atau elektron dan perangkat kontrol masing-masing yang bekerja sama untuk bertindak sebagai memori komputer dan prosesor. Karena komputer kuantum dapat berisi negara-negara ini secara bersamaan, ia memiliki potensi untuk menjadi jutaan kali lebih kuat daripada superkomputer saat ini paling kuat.
Ini superposisi dari qubit adalah apa yang memberikan komputer kuantum paralelisme yang melekat mereka. Menurut fisikawan David Deutsch, paralelisme ini memungkinkan sebuah komputer kuantum untuk bekerja pada satu juta perhitungan sekaligus, sementara PC desktop Anda bekerja pada satu. Sebuah komputer kuantum 30-qubit akan sama dengan kekuatan pemrosesan komputer konvensional yang dapat berjalan di 10 teraflop (triliun operasi floating-point per detik). Komputer desktop yang khas hari ini berjalan pada kecepatan yang diukur dalam gigaflops (miliar operasi floating-point per detik).
Quantum komputer juga memanfaatkan aspek lain dari mekanika kuantum yang dikenal sebagai belitan. Satu masalah dengan ide komputer kuantum adalah bahwa jika Anda mencoba untuk melihat partikel subatomik, Anda bisa bertemu mereka, dan dengan demikian mengubah nilai mereka. Jika Anda melihat qubit dalam superposisi untuk menentukan nilainya, qubit akan menganggap nilai 0 atau 1, tapi tidak keduanya (efektif mengubah komputer Anda keren kuantum ke dalam komputer digital biasa). Untuk membuat sebuah komputer kuantum praktis, para ilmuwan harus memikirkan cara untuk membuat pengukuran tidak langsung untuk menjaga integritas sistem. Belitan memberikan jawaban yang potensial. Dalam fisika kuantum, jika Anda menerapkan kekuatan luar untuk dua atom, dapat menyebabkan mereka untuk menjadi dilibatkan, dan atom kedua dapat mengambil sifat dari atom pertama. Jadi jika dibiarkan saja, sebuah atom akan berputar ke segala arah. Instan itu terganggu ia memilih satu spin, atau satu nilai, dan pada saat yang sama, atom terjerat kedua akan memilih spin berlawanan, atau nilai. Hal ini memungkinkan para ilmuwan untuk mengetahui nilai dari qubit tanpa benar-benar melihat mereka.
Today's Quantum Computers
Quantum komputer bisa satu hari menggantikan chip silikon, sama seperti transistor sekali menggantikan tabung vakum. Tetapi untuk sekarang, teknologi diperlukan untuk mengembangkan seperti komputer kuantum berada di luar jangkauan kita. Sebagian besar penelitian dalam komputasi kuantum masih sangat teoritis.
Kuantum komputer paling maju belum terbebas dari memanipulasi lebih dari 16 qubit, yang berarti bahwa mereka jauh dari aplikasi praktis. Namun, potensi tetap bahwa komputer kuantum suatu hari bisa melakukan, cepat dan mudah, perhitungan yang sangat memakan waktu pada komputer konvensional. Kemajuan beberapa kunci telah dibuat dalam komputasi kuantum dalam beberapa tahun terakhir. Mari kita lihat beberapa komputer kuantum yang telah dikembangkan.
1998
Los Alamos dan peneliti MIT berhasil menyebar qubit tunggal di tiga nuklir berputar dalam setiap molekul dari larutan cair dari alanin (asam amino yang digunakan untuk menganalisis pembusukan kuantum negara) atau trichloroethylene (hidrokarbon terklorinasi digunakan untuk koreksi kesalahan kuantum) molekul. Menyebar qubit membuat lebih sulit untuk korup, memungkinkan peneliti untuk menggunakan keterikatan untuk mempelajari interaksi antara negara sebagai metode tidak langsung untuk menganalisis informasi kuantum.
2000
Pada bulan Maret, para ilmuwan di Los Alamos National Laboratory mengumumkan pengembangan sebuah komputer kuantum 7-qubit dalam setetes cair. Komputer kuantum menggunakan resonansi magnetik nuklir (NMR) untuk memanipulasi partikel dalam inti atom molekul trans-crotonic asam, cairan sederhana yang terdiri dari molekul terdiri dari hidrogen dan enam empat atom karbon. NMR ini digunakan untuk menerapkan pulsa elektromagnetik, yang memaksa partikel untuk berbaris. Partikel-partikel ini dalam posisi paralel atau berlawanan dengan medan magnet memungkinkan komputer kuantum untuk meniru informasi-encoding bit dalam komputer digital.
Para peneliti di IBM Almaden Research Center mengembangkan apa yang mereka klaim sebagai komputer kuantum yang paling canggih hingga saat ini dalam bulan Agustus. Sistem 5-qubit komputer kuantum dirancang untuk memungkinkan inti lima atom fluorin untuk berinteraksi satu sama lain sebagai qubit, dapat diprogram oleh pulsa frekuensi radio dan dapat dideteksi oleh instrumen NMR mirip dengan yang digunakan di rumah sakit (lihat Bagaimana Magnetic Resonance Imaging Bekerja untuk rincian). Dipimpin oleh Dr Isaac Chuang, tim IBM bisa memecahkan dalam satu langkah masalah matematika yang akan mengambil komputer konvensional siklus diulang. Masalahnya, yang disebut order-temuan, melibatkan menemukan periode fungsi tertentu, aspek khas dari masalah matematika yang terlibat dalam kriptografi.
2001
Para ilmuwan dari IBM dan Stanford University berhasil menunjukkan Algoritma Shor pada komputer kuantum. Algoritma Shor adalah metode untuk mencari faktor prima dari angka (yang memainkan peran intrinsik dalam kriptografi). Mereka menggunakan komputer 7-qubit untuk menemukan faktor-faktor dari 15. Komputer dengan benar menyimpulkan bahwa faktor prima adalah 3 dan 5.
2005
Institut Quantum Optics dan Quantum Informasi di Universitas Innsbruck mengumumkan bahwa para ilmuwan telah menciptakan qubyte pertama, atau serangkaian 8 qubit dengan menggunakan perangkap ion.
2006
Para ilmuwan di Waterloo dan Massachusetts menemukan metode untuk kontrol kuantum pada sistem 12-qubit. Quantum kontrol menjadi lebih kompleks sebagai sistem mempekerjakan qubit lebih.
2007
Perusahaan startup Kanada D-Wave menunjukkan komputer 16-qubit kuantum. Komputer memecahkan teka-teki sudoku dan masalah pola lain yang cocok. Perusahaan mengklaim akan menghasilkan sistem praktis pada tahun 2008. Skeptis percaya praktis komputer kuantum masih puluhan tahun pergi, bahwa sistem D-Wave telah menciptakan tidak terukur, dan bahwa banyak klaim di situs Web-D-Wave adalah tidak mungkin (atau setidaknya mungkin untuk mengetahui dengan pasti diberikan pemahaman kita mekanika kuantum).
Jika fungsional komputer kuantum dapat dibangun, mereka akan berharga dalam jumlah anjak besar, dan karena itu sangat berguna untuk decoding dan encoding informasi rahasia. Kalau orang yang akan dibangun hari ini, tidak ada informasi di Internet akan aman. Metode kami saat ini enkripsi sederhana dibandingkan dengan metode rumit mungkin dalam komputer kuantum. Quantum komputer juga bisa digunakan untuk mencari database besar dalam sebagian kecil dari waktu yang akan mengambil komputer konvensional. Aplikasi lain bisa termasuk menggunakan komputer kuantum untuk mempelajari mekanika kuantum, atau bahkan untuk merancang komputer kuantum lainnya.
Tapi komputasi kuantum masih dalam tahap awal pembangunan, dan ilmuwan komputer banyak yang percaya teknologi yang diperlukan untuk membuat sebuah komputer kuantum praktis adalah tahun lagi. Quantum komputer harus memiliki setidaknya beberapa lusin qubit untuk dapat memecahkan masalah di dunia nyata, dan dengan demikian menjadi sebuah metode komputasi yang layak.
HowStuffWorks
