Quantum Computing

Apa itu komputasi kuantum?

Komputer kuantum dapat memacu perkembangan terobosan baru dalam sains, obat-obatan untuk menyelamatkan nyawa, metode pembelajaran mesin untuk mendiagnosis penyakit lebih cepat, bahan untuk membuat perangkat dan struktur yang lebih efisien, strategi keuangan untuk hidup dengan baik di masa pensiun, dan algoritma untuk mengarahkan sumber daya secara cepat seperti ambulan.

Komputer kuantum menggunakan qubit alih-alih bit tradisional (angka biner). Qubit berbeda dari bit tradisional karena sampai mereka dibacakan (artinya diukur), mereka dapat ada dalam keadaan tak tentu di mana kita tidak dapat mengetahui apakah mereka akan diukur sebagai 0 atau 1. Itu karena properti unik yang disebut superposisi.

Superposisi membuat qubit menarik, tetapi kekuatan super mereka yang sebenarnya adalah belitan. Qubit yang terjerat dapat berinteraksi secara instan. Untuk membuat qubit fungsional, komputer kuantum harus didinginkan mendekati nol absolut. Bahkan ketika didinginkan, qubit tidak mempertahankan status terjerat mereka (koherensi) untuk waktu yang lama.

Itu membuat pemrograman mereka lebih rumit. Komputer kuantum diprogram menggunakan urutan gerbang logika dari berbagai jenis, tetapi program harus berjalan cukup cepat sehingga qubit tidak kehilangan koherensi sebelum diukur. Bagi siapa pun yang mengambil kelas logika atau desain sirkuit digital menggunakan sandal jepit, gerbang logika kuantum akan tampak agak akrab, meskipun komputer kuantum sendiri pada dasarnya analog. Namun, kombinasi superposisi dan keterikatan membuat proses sekitar seratus kali lebih membingungkan.

Qubit dan Superposisi

Bit biasa yang kita gunakan dalam komputer digital biasa adalah 0 atau 1. Anda dapat membacanya kapan pun Anda inginkan, dan kecuali ada cacat pada perangkat keras, mereka tidak akan berubah. Qubit tidak seperti itu. Mereka memiliki probabilitas menjadi 0 dan probabilitas menjadi 1, tetapi sampai Anda mengukurnya, mereka mungkin berada dalam keadaan tidak terbatas. Keadaan itu, bersama dengan beberapa informasi keadaan lainnya yang memungkinkan untuk kompleksitas komputasi tambahan, dapat digambarkan sebagai berada pada titik arbitrer pada bola (jari-jari 1), yang mencerminkan baik probabilitas diukur sebagai 0 atau 1 (yang merupakan kutub utara dan selatan).

Bola Bloch digunakan untuk mewakili keadaan yang memungkinkan dari satu qubit tunggal - Kredit Gambar IBM QThe negara qubit adalah kombinasi dari nilai-nilai di sepanjang ketiga sumbu. Ini disebut superposisi. Beberapa teks menggambarkan properti ini sebagai "berada di semua kondisi yang memungkinkan pada saat yang sama," sementara yang lain berpikir itu agak menyesatkan dan bahwa kita lebih baik tetap berpegang pada penjelasan probabilitas. Apa pun itu, komputer kuantum dapat benar-benar melakukan matematika pada qubit saat berada di superposisi - mengubah probabilitas dengan berbagai cara melalui gerbang logika - sebelum akhirnya membacakan hasil dengan mengukurnya. Namun, dalam semua kasus, setelah qubit dibaca, qubit adalah 1 atau 0 dan kehilangan informasi status lainnya.

Qubit biasanya memulai kehidupan pada 0, meskipun mereka sering kemudian dipindahkan ke keadaan tak tentu menggunakan Hadamard Gate, yang menghasilkan qubit yang akan dibaca sebagai 0 separuh waktu dan 1 separuh lainnya. Gerbang lain tersedia untuk membalik keadaan qubit dengan jumlah dan arah yang bervariasi - keduanya relatif terhadap sumbu 0 dan 1, dan juga sumbu ketiga yang mewakili fase, dan memberikan kemungkinan tambahan untuk merepresentasikan informasi. Operasi dan gerbang khusus yang tersedia tergantung pada komputer kuantum dan alat yang Anda gunakan.