Komputasi Quantum
Bayangkan sebuah komputer yang ingatannya secara eksponensial lebih besar dari ukuran fisiknya yang tampak; komputer yang dapat memanipulasi set input eksponensial secara bersamaan; komputer yang menghitung di zona senja ruang. Anda akan memikirkan komputer kuantum. Dibutuhkan konsep yang relatif sedikit dan sederhana dari mekanika kuantum untuk membuat komputer kuantum menjadi mungkin. Kehalusan telah dalam belajar untuk memanipulasi konsep-konsep ini. Apakah komputer seperti itu suatu keniscayaan atau akankah terlalu sulit untuk dibangun?
Oleh hukum aneh mekanika kuantum, Folger, seorang editor senior di Discover, mencatat bahwa; sebuah elektron, proton, atau partikel subatomik lainnya adalah "di lebih dari satu tempat pada suatu waktu," karena partikel-partikel individu berperilaku seperti gelombang, tempat-tempat yang berbeda ini adalah keadaan yang berbeda dimana sebuah atom dapat hidup secara bersamaan.
Apa masalah besar tentang komputasi kuantum? Bayangkan Anda berada di gedung kantor yang besar dan Anda harus mengambil koper yang tersisa di atas meja yang dipilih secara acak di salah satu dari ratusan kantor. Dengan cara yang sama Anda harus berjalan melewati gedung, membuka pintu satu per satu untuk menemukan koper, komputer biasa harus melewati string panjang 1 dan 0 sampai tiba pada jawabannya. Tetapi bagaimana jika alih-alih harus mencari sendiri, Anda dapat langsung membuat sebanyak mungkin salinan dari diri Anda karena ada ruangan di gedung yang semua salinannya dapat secara bersamaan mengintip di semua kantor, dan orang yang menemukan koper itu menjadi diri Anda yang sebenarnya, sisanya hilang begitu saja. - (David Freeman, temukan)
David Deutsch, seorang ahli fisika di Universitas Oxford, berpendapat bahwa adalah mungkin untuk membangun komputer yang sangat kuat berdasarkan kenyataan aneh ini. Pada tahun 1994, Peter Shor, seorang ahli matematika di AT&T Bell Laboratories di New Jersey, membuktikan bahwa, secara teori, paling tidak, sebuah komputer kuantum full-blown dapat memasukkan faktor bahkan jumlah terbesar dalam hitungan detik; sebuah pencapaian yang mustahil bahkan untuk komputer konvensional tercepat. Wabah teori dan diskusi tentang kemungkinan membangun komputer kuantum sekarang menembus sendiri melalui bidang kuantum teknologi dan penelitian.
Akarnya dapat ditelusuri kembali ke 1981, ketika Richard Feynman mencatat bahwa fisikawan selalu tampak mengalami masalah komputasi ketika mereka mencoba mensimulasikan sistem di mana mekanika kuantum akan terjadi. Perhitungan yang melibatkan perilaku atom, elektron, atau foton, membutuhkan banyak waktu di komputer saat ini. Pada tahun 1985 di Oxford Inggris, deskripsi pertama tentang bagaimana komputer kuantum dapat bekerja muncul dengan teori David Deutsch. Perangkat baru tidak hanya mampu melampaui kecepatan komputer saat ini, tetapi juga dapat melakukan beberapa operasi logis yang tidak bisa dilakukan oleh komputer konvensional.
Penelitian ini mulai mencari untuk benar-benar membangun perangkat dan dengan maju dan pendanaan tambahan dari AT&T Bell Laboratories di Murray Hill, New Jersey, anggota baru tim ditambahkan. Peter Shor membuat penemuan bahwa perhitungan kuantum dapat sangat mempercepat pemfaktoran bilangan bulat. Ini lebih dari sekedar langkah dalam teknologi mikro-komputasi, itu bisa menawarkan wawasan ke dalam aplikasi dunia nyata seperti kriptografi.
"Ada harapan di ujung terowongan bahwa komputer kuantum suatu hari nanti akan menjadi kenyataan," kata Gilles Brassard dari University of Montreal. Mekanika Kuantum memberikan kejelasan yang tak terduga dalam deskripsi perilaku atom, elektron, dan foton pada tingkat mikroskopis. Meskipun informasi ini tidak berlaku dalam penggunaan rumah tangga sehari-hari, informasi ini tentu berlaku untuk setiap interaksi materi yang dapat kita lihat, manfaat nyata dari pengetahuan ini baru saja mulai terlihat.
Di komputer kami, papan sirkuit dirancang sedemikian rupa sehingga 1 atau 0 diwakili oleh jumlah listrik yang berbeda, hasil dari satu kemungkinan tidak berpengaruh pada yang lain. Namun, masalah muncul ketika teori kuantum diperkenalkan, hasilnya datang dari satu perangkat keras yang ada di dua realitas yang terpisah dan realitas ini tumpang tindih satu sama lain yang mempengaruhi kedua hasil sekaligus. Masalah-masalah ini dapat menjadi salah satu kekuatan terbesar dari komputer baru, namun, jika memungkinkan untuk memprogram hasil sedemikian rupa sehingga efek yang tidak diinginkan membatalkan sendiri sementara yang positif memperkuat satu sama lain.
Sistem kuantum ini harus dapat memprogram persamaan ke dalamnya, memverifikasi komputasinya, dan mengekstrak hasilnya. Beberapa sistem yang mungkin telah dilihat oleh para peneliti, salah satunya melibatkan penggunaan elektron, atom, atau ion yang terperangkap di dalam medan magnet, laser yang berpotongan kemudian akan digunakan untuk menggerakkan partikel terbatas ke panjang gelombang yang tepat dan kedua kalinya untuk mengembalikan partikel. ke kondisi dasar mereka. Urutan pulsa dapat digunakan untuk mengatur partikel menjadi pola yang dapat digunakan dalam sistem persamaan kami.
Kemungkinan lain oleh Seth Lloyd dari MIT yang diusulkan menggunakan polimer organik-logam (molekul satu dimensi yang terbuat dari atom berulang). Keadaan energi atom tertentu akan ditentukan oleh interaksinya dengan atom-atom tetangga dalam rantai. Pulsa laser dapat digunakan untuk mengirim sinyal ke rantai polimer dan kedua ujungnya akan menciptakan dua keadaan energi yang unik.
Usulan ketiga adalah mengganti molekul organik dengan kristal di mana informasi akan disimpan dalam kristal dalam frekuensi tertentu yang dapat diproses dengan pulsa tambahan. Inti atom, berputar di salah satu dari dua keadaan (searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam) dapat diprogram dengan ujung mikroskop atom, baik "membaca" permukaannya atau mengubahnya, yang tentu saja akan "menulis" bagian dari penyimpanan informasi. "Gerakan tip berulang, Anda akhirnya bisa menulis sirkuit logika yang diinginkan," kata DiVincenzo.
Kekuatan ini datang dengan harga bagaimanapun, karena negara-negara ini harus tetap sepenuhnya terisolasi dari segalanya, termasuk foton liar. Pengaruh luar ini akan terakumulasi, menyebabkan sistem mengembara keluar jalur dan bahkan bisa berbalik dan akhirnya mundur menyebabkan kesalahan yang sering terjadi. Agar hal ini tidak membentuk teori baru telah muncul untuk mengatasi hal ini. Salah satu caranya adalah menjaga perhitungan relatif singkat untuk mengurangi kemungkinan kesalahan, yang lain adalah mengembalikan salinan info yang berlebihan pada mesin yang terpisah dan mengambil rata-rata (mode) dari jawaban.
Ini tidak diragukan lagi akan memberikan keuntungan bagi komputer kuantum, dan karenanya AT&T Bell Laboratories telah menemukan metode koreksi kesalahan di mana bit kuantum data akan dikodekan dalam salah satu dari sembilan bit kuantum. Jika salah satu dari sembilan hilang maka akan mungkin untuk memulihkan data dari informasi apa yang dilaluinya. Ini akan menjadi posisi terlindungi yang akan dimasukkan oleh negara kuantum sebelum dikirim. Juga karena keadaan atom ada di dua keadaan, jika seseorang dikorupsi, keadaan atom dapat ditentukan hanya dengan mengamati ujung atom yang berlawanan karena masing-masing sisi mengandung polaritas berlawanan yang tepat.
Gerbang yang akan mengirimkan informasi adalah apa yang terutama difokuskan oleh para peneliti hari ini, gerbang logika kuantum tunggal ini dan pengaturan komponen untuk melakukan operasi tertentu. Satu gerbang seperti itu dapat mengontrol saklar dari 1 ke 0 dan kembali, sementara yang lain dapat mengambil dua bit dan membuat hasil 0 jika keduanya sama, 1 jika berbeda.
Gerbang-gerbang ini adalah barisan ion yang dipegang dalam perangkap magnetik atau atom tunggal yang melewati rongga gelombang mikro. Gerbang tunggal ini dapat dibangun dalam satu atau dua tahun ke depan namun komputer logis harus memiliki jutaan gerbang untuk menjadi praktis. Tycho Sleator dari NYU dan Harald Weinfurter dari UIA memandang gerbang logika kuantum sebagai langkah sederhana menuju pembuatan jaringan logika kuantum.
Jaringan-jaringan ini hanyalah deretan gerbang yang saling berinteraksi. Sinar laser yang menyinari ion menyebabkan transisi dari satu keadaan kuantum ke yang lain yang dapat mengubah jenis gerakan kolektif yang dimungkinkan dalam susunan dan dengan demikian frekuensi cahaya tertentu dapat digunakan untuk mengontrol interaksi antar ion. Satu nama yang diberikan untuk array ini telah dinamai "array quantum-dot" di mana masing-masing elektron akan terbatas pada struktur quantum-dot, yang mengkodekan informasi untuk melakukan operasi matematika dari penambahan sederhana ke anjak bilangan bulat tersebut.
Struktur "quantum-dot" akan dibangun berdasarkan kemajuan dalam pembuatan kotak semikonduktor mikroskopis, yang dindingnya menjaga elektron terbatas pada wilayah kecil material, cara lain untuk mengontrol cara informasi diproses. Craig Prapaskah, peneliti utama proyek, mendasarkan ini pada unit yang terdiri dari lima titik kuantum, satu di pusat dan empat dan di ujung sebuah bujur sangkar, elektron akan digali di antara salah satu dari dua situs.
Merangkai semua ini bersama-sama akan menciptakan sirkuit logika yang dibutuhkan komputer kuantum baru. Jarak akan cukup untuk membuat "kabel biner" yang terbuat dari barisan unit-unit ini, membalik keadaan di satu ujung menyebabkan reaksi berantai untuk membalik semua unit unit di sepanjang kawat, seperti domino saat ini mengirimkan inersia. Spekulasi mengenai dampak teknologi semacam itu telah diperdebatkan dan diimpikan selama bertahun-tahun.
Dalam poin-poin yang diperdebatkan, poin yang berpotensi membahayakan mungkin adalah kecepatan komputasi akan dapat menggagalkan upaya keamanan, terutama standar enkripsi data NSA sekarang akan sia-sia karena algoritma akan menjadi masalah sepele untuk mesin seperti itu. Pada bagian terakhir, kenyataan mimpi ini pertama kali muncul di acara TV Quantum Leap, di mana teknologi ini menjadi mudah terlihat ketika Ziggy - komputer hibrid paralel yang telah dirancang dan diprogramnya - disebutkan, kemampuan cermin komputer kuantum yang komputer hibrida acara itu.
Oleh hukum aneh mekanika kuantum, Folger, seorang editor senior di Discover, mencatat bahwa; sebuah elektron, proton, atau partikel subatomik lainnya adalah "di lebih dari satu tempat pada suatu waktu," karena partikel-partikel individu berperilaku seperti gelombang, tempat-tempat yang berbeda ini adalah keadaan yang berbeda dimana sebuah atom dapat hidup secara bersamaan.
Apa masalah besar tentang komputasi kuantum? Bayangkan Anda berada di gedung kantor yang besar dan Anda harus mengambil koper yang tersisa di atas meja yang dipilih secara acak di salah satu dari ratusan kantor. Dengan cara yang sama Anda harus berjalan melewati gedung, membuka pintu satu per satu untuk menemukan koper, komputer biasa harus melewati string panjang 1 dan 0 sampai tiba pada jawabannya. Tetapi bagaimana jika alih-alih harus mencari sendiri, Anda dapat langsung membuat sebanyak mungkin salinan dari diri Anda karena ada ruangan di gedung yang semua salinannya dapat secara bersamaan mengintip di semua kantor, dan orang yang menemukan koper itu menjadi diri Anda yang sebenarnya, sisanya hilang begitu saja. - (David Freeman, temukan)
David Deutsch, seorang ahli fisika di Universitas Oxford, berpendapat bahwa adalah mungkin untuk membangun komputer yang sangat kuat berdasarkan kenyataan aneh ini. Pada tahun 1994, Peter Shor, seorang ahli matematika di AT&T Bell Laboratories di New Jersey, membuktikan bahwa, secara teori, paling tidak, sebuah komputer kuantum full-blown dapat memasukkan faktor bahkan jumlah terbesar dalam hitungan detik; sebuah pencapaian yang mustahil bahkan untuk komputer konvensional tercepat. Wabah teori dan diskusi tentang kemungkinan membangun komputer kuantum sekarang menembus sendiri melalui bidang kuantum teknologi dan penelitian.
Akarnya dapat ditelusuri kembali ke 1981, ketika Richard Feynman mencatat bahwa fisikawan selalu tampak mengalami masalah komputasi ketika mereka mencoba mensimulasikan sistem di mana mekanika kuantum akan terjadi. Perhitungan yang melibatkan perilaku atom, elektron, atau foton, membutuhkan banyak waktu di komputer saat ini. Pada tahun 1985 di Oxford Inggris, deskripsi pertama tentang bagaimana komputer kuantum dapat bekerja muncul dengan teori David Deutsch. Perangkat baru tidak hanya mampu melampaui kecepatan komputer saat ini, tetapi juga dapat melakukan beberapa operasi logis yang tidak bisa dilakukan oleh komputer konvensional.
Penelitian ini mulai mencari untuk benar-benar membangun perangkat dan dengan maju dan pendanaan tambahan dari AT&T Bell Laboratories di Murray Hill, New Jersey, anggota baru tim ditambahkan. Peter Shor membuat penemuan bahwa perhitungan kuantum dapat sangat mempercepat pemfaktoran bilangan bulat. Ini lebih dari sekedar langkah dalam teknologi mikro-komputasi, itu bisa menawarkan wawasan ke dalam aplikasi dunia nyata seperti kriptografi.
"Ada harapan di ujung terowongan bahwa komputer kuantum suatu hari nanti akan menjadi kenyataan," kata Gilles Brassard dari University of Montreal. Mekanika Kuantum memberikan kejelasan yang tak terduga dalam deskripsi perilaku atom, elektron, dan foton pada tingkat mikroskopis. Meskipun informasi ini tidak berlaku dalam penggunaan rumah tangga sehari-hari, informasi ini tentu berlaku untuk setiap interaksi materi yang dapat kita lihat, manfaat nyata dari pengetahuan ini baru saja mulai terlihat.
Di komputer kami, papan sirkuit dirancang sedemikian rupa sehingga 1 atau 0 diwakili oleh jumlah listrik yang berbeda, hasil dari satu kemungkinan tidak berpengaruh pada yang lain. Namun, masalah muncul ketika teori kuantum diperkenalkan, hasilnya datang dari satu perangkat keras yang ada di dua realitas yang terpisah dan realitas ini tumpang tindih satu sama lain yang mempengaruhi kedua hasil sekaligus. Masalah-masalah ini dapat menjadi salah satu kekuatan terbesar dari komputer baru, namun, jika memungkinkan untuk memprogram hasil sedemikian rupa sehingga efek yang tidak diinginkan membatalkan sendiri sementara yang positif memperkuat satu sama lain.
Sistem kuantum ini harus dapat memprogram persamaan ke dalamnya, memverifikasi komputasinya, dan mengekstrak hasilnya. Beberapa sistem yang mungkin telah dilihat oleh para peneliti, salah satunya melibatkan penggunaan elektron, atom, atau ion yang terperangkap di dalam medan magnet, laser yang berpotongan kemudian akan digunakan untuk menggerakkan partikel terbatas ke panjang gelombang yang tepat dan kedua kalinya untuk mengembalikan partikel. ke kondisi dasar mereka. Urutan pulsa dapat digunakan untuk mengatur partikel menjadi pola yang dapat digunakan dalam sistem persamaan kami.
Kemungkinan lain oleh Seth Lloyd dari MIT yang diusulkan menggunakan polimer organik-logam (molekul satu dimensi yang terbuat dari atom berulang). Keadaan energi atom tertentu akan ditentukan oleh interaksinya dengan atom-atom tetangga dalam rantai. Pulsa laser dapat digunakan untuk mengirim sinyal ke rantai polimer dan kedua ujungnya akan menciptakan dua keadaan energi yang unik.
Usulan ketiga adalah mengganti molekul organik dengan kristal di mana informasi akan disimpan dalam kristal dalam frekuensi tertentu yang dapat diproses dengan pulsa tambahan. Inti atom, berputar di salah satu dari dua keadaan (searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam) dapat diprogram dengan ujung mikroskop atom, baik "membaca" permukaannya atau mengubahnya, yang tentu saja akan "menulis" bagian dari penyimpanan informasi. "Gerakan tip berulang, Anda akhirnya bisa menulis sirkuit logika yang diinginkan," kata DiVincenzo.
Kekuatan ini datang dengan harga bagaimanapun, karena negara-negara ini harus tetap sepenuhnya terisolasi dari segalanya, termasuk foton liar. Pengaruh luar ini akan terakumulasi, menyebabkan sistem mengembara keluar jalur dan bahkan bisa berbalik dan akhirnya mundur menyebabkan kesalahan yang sering terjadi. Agar hal ini tidak membentuk teori baru telah muncul untuk mengatasi hal ini. Salah satu caranya adalah menjaga perhitungan relatif singkat untuk mengurangi kemungkinan kesalahan, yang lain adalah mengembalikan salinan info yang berlebihan pada mesin yang terpisah dan mengambil rata-rata (mode) dari jawaban.
Ini tidak diragukan lagi akan memberikan keuntungan bagi komputer kuantum, dan karenanya AT&T Bell Laboratories telah menemukan metode koreksi kesalahan di mana bit kuantum data akan dikodekan dalam salah satu dari sembilan bit kuantum. Jika salah satu dari sembilan hilang maka akan mungkin untuk memulihkan data dari informasi apa yang dilaluinya. Ini akan menjadi posisi terlindungi yang akan dimasukkan oleh negara kuantum sebelum dikirim. Juga karena keadaan atom ada di dua keadaan, jika seseorang dikorupsi, keadaan atom dapat ditentukan hanya dengan mengamati ujung atom yang berlawanan karena masing-masing sisi mengandung polaritas berlawanan yang tepat.
Gerbang yang akan mengirimkan informasi adalah apa yang terutama difokuskan oleh para peneliti hari ini, gerbang logika kuantum tunggal ini dan pengaturan komponen untuk melakukan operasi tertentu. Satu gerbang seperti itu dapat mengontrol saklar dari 1 ke 0 dan kembali, sementara yang lain dapat mengambil dua bit dan membuat hasil 0 jika keduanya sama, 1 jika berbeda.
Gerbang-gerbang ini adalah barisan ion yang dipegang dalam perangkap magnetik atau atom tunggal yang melewati rongga gelombang mikro. Gerbang tunggal ini dapat dibangun dalam satu atau dua tahun ke depan namun komputer logis harus memiliki jutaan gerbang untuk menjadi praktis. Tycho Sleator dari NYU dan Harald Weinfurter dari UIA memandang gerbang logika kuantum sebagai langkah sederhana menuju pembuatan jaringan logika kuantum.
Jaringan-jaringan ini hanyalah deretan gerbang yang saling berinteraksi. Sinar laser yang menyinari ion menyebabkan transisi dari satu keadaan kuantum ke yang lain yang dapat mengubah jenis gerakan kolektif yang dimungkinkan dalam susunan dan dengan demikian frekuensi cahaya tertentu dapat digunakan untuk mengontrol interaksi antar ion. Satu nama yang diberikan untuk array ini telah dinamai "array quantum-dot" di mana masing-masing elektron akan terbatas pada struktur quantum-dot, yang mengkodekan informasi untuk melakukan operasi matematika dari penambahan sederhana ke anjak bilangan bulat tersebut.
Struktur "quantum-dot" akan dibangun berdasarkan kemajuan dalam pembuatan kotak semikonduktor mikroskopis, yang dindingnya menjaga elektron terbatas pada wilayah kecil material, cara lain untuk mengontrol cara informasi diproses. Craig Prapaskah, peneliti utama proyek, mendasarkan ini pada unit yang terdiri dari lima titik kuantum, satu di pusat dan empat dan di ujung sebuah bujur sangkar, elektron akan digali di antara salah satu dari dua situs.
Merangkai semua ini bersama-sama akan menciptakan sirkuit logika yang dibutuhkan komputer kuantum baru. Jarak akan cukup untuk membuat "kabel biner" yang terbuat dari barisan unit-unit ini, membalik keadaan di satu ujung menyebabkan reaksi berantai untuk membalik semua unit unit di sepanjang kawat, seperti domino saat ini mengirimkan inersia. Spekulasi mengenai dampak teknologi semacam itu telah diperdebatkan dan diimpikan selama bertahun-tahun.
Dalam poin-poin yang diperdebatkan, poin yang berpotensi membahayakan mungkin adalah kecepatan komputasi akan dapat menggagalkan upaya keamanan, terutama standar enkripsi data NSA sekarang akan sia-sia karena algoritma akan menjadi masalah sepele untuk mesin seperti itu. Pada bagian terakhir, kenyataan mimpi ini pertama kali muncul di acara TV Quantum Leap, di mana teknologi ini menjadi mudah terlihat ketika Ziggy - komputer hibrid paralel yang telah dirancang dan diprogramnya - disebutkan, kemampuan cermin komputer kuantum yang komputer hibrida acara itu.
Komentar
Posting Komentar