Quantum Computing: Pengertian, Fungsi dan Contoh

Apa itu Quantum Computing?

Quantum computing adalah sebuah alat hitung untuk pengoperasian data yang menggunakan teori mekanika kuantum, misalnya superposisi dan keterkaitan. Jumlah data pada komputasi klasik umumnya dihitung menggunakan bit, namun pada quantum computing, jumlah data dihitung dengan menggunakan qubit.

Quantum computing memiliki prinsip dasar berupa sifat kuantum dari partikel dapat digunakan untuk mewakili data dan struktur data, serta kegunaan mekanika kuantum pada pengoperasian data. Untuk menerapkan sistem quantum computing pada komputer, anda memerluka suatu logika baru yang sesuai dengan prinsip quantum.

Katakanlah anda ingin memotret teman anda yang sedang berolahraga. Anda akan mendapatkan foto yang blur jika teman anda tetap melompat ke kiri dan ke kanan. Kondisi ini akan berbeda jika teman anda adalah partikel kuantum. Setiap kali anda akan mengambil gambar, hasilnya akan selalu menunjukan bahwa teman ada baik ke kiri atau ke kanan.

Pada sistem quantum, ada tindakan pengamatan atau pengukuran partikel quantum saat runtuh di keadaan superposisi. Keadaan tersebut disebut dengan dekoherensi yang mengambil keadan biner klasik, yaitu 0 atau 1. Pada quantum computing, ada operasi yang dapat mengatur ulang kembali partikel tersebur dalam keadaan superposisi sehingga dapat digunakan untuk pengukuran quantum lainnya lagi.

Ketika partikel saling berkaitan, mereka akan membentuk sistem tunggal sehingga keadaan quantum dari satu partikel tidak dapat dijelaskan secara independen. Hal tersebut dapat mengartikan bahwa operasi atau proses apapun yang diterapkan dalam satu partikel akan berkolerasi dengan partikel lainnya. Bahkan setiap partikel dapat mempertahankan hubungan ini dalam jarak yang sangat jauh.

Komputer quantum jelas berbeda dari komputer biasa. Komputer quantum menggunakan mesin fisika quantum untuk menyimpan data dan melakukan perhitungan. Pada komputer klasik, termasuk handphone dan laptop, informasi dikodekan dengan bilangan biner berupa 0 atau 1. Namun, komputer quantum menggunakan bit quantum atau qubit dengan sistem fisik, misalnya perputaran elektron atau orientasi foton.

Sistem-sitem dalam komputer quantum berada dalam banyak pengaturan berbeda sekaligus. Pernyataan tersebut merupakan suatu sifat yang dikenal sebagai quantum superposition. Belitan quantum juga tidak bisa terabaikan pada komputer quantum, dimana serangkaian qubit dapat mewakili hal yang berbeda secara bersamaan.

Komputer quantum dapat lebih cepat daripada komputer konvensional pada banyak masalah, termasuk masalah yang memiliki sifat berikut :

• Bila hanya satu-satunya jalan keluar, yaitu menebak dan mengecek jawaban berkali-kali
• Bila ada n jumlah jawaban yang mungkin
• Bila ada kemungkinan jawaban dengan kebutuhan waktu yang sama untuk mengeceknya
• Bila tidak ada petunjuk jawaban mana yang kemungkinan benarnya lebih besar

Sebagai contoh, 8 bit pada komputer klasik dapat mewakili angka antara 0 sampai 255. Namun, 8 wubit pada komputer wuantum sudah mampu mewakili setiap angka antara 0 dan 255 pada waktu yang sama.

Beberapa ratus qubit yang terjerat akan cukup mewakili lebih banyak angka daripada jumlah atom di semesta. Untuk lebih jelas, berikut perbedaan komputer quantum dengan komputer klasik, yaitu :

Sejarah Quantum Computing

Ide quantum computing muncul pertama kali pada tahun 1970an oleh beberapa fisikawan dan ilmuwan komputer, misalnya Charles H. Bennet dari IBM, Paul A. Benioff dari Argonne National Laboratory, David Deutsch dari University of Oxford, dan Richard P. Feynman dari California Institute of Technology.

Feynman adalah orang pertama yang mengajukan model sistem kuantum untuk melakukan komputasi. Feynman juga dapat menunjukan cara kerja sistem tersebut sebagai simulator bagi fisika kuantum. Hal ini dapat juga dikatakan sebagai kemampuan komputer kuantum dalam menggambarkan eksperimen fisika kuantum.

Deutsch akhirnya menyadari akan esensi komputasi dari sebuah komputer kuantum pada tahun 1985. Beliau juga menunjukkan bahwa semua proses fisika dapat dimodelkan melalui quantum computing. Oleh sebab itu, quantum computing memiliki kemampuan yang lebih daripada komputer klasik.

Setelah Deutsch berpendapat dalam tulisan mengenai quantum computing, makin banyak ilmuwan melakukan riset di bidang ini. Kebanyakan dari mereka mencari kemungkinan penggunan quantum computing di masa yang akan datang. Akhirnya, pada tahun 1995, Peter Shor menciptakan sebuah algoritma yang memungkinkan penggunaan quantum computing untuk memecahkan masalah faktorisasi teori bilangan.

Hingga hari ini, ada banyak riset di bidang quantum computing yang masih dilakukan di seluruh dunia. Berbagai metode masih dikembangkan untuk memaksimalkan kemampuan sebuah komputer yang luar biasa. Sejauh ini, quantum computing sudah dapat memfaktorkan dua digit bilangan. Komputer tersebut dibangun pada tahun 1988 di Los Alamos, Amerika Serikat dengan menggunakan NMR (Nuclear Magnetic Resonance).

Para ilmuwan pun masih melakukan riset mengenai sistem quantum ini. Mereka berusaha menemukan logika-logika lain yang sesuai dengan sistem tersebut. Sampai saat ini, ada dua algoritma yang dapat digunakan pada sistem quantum, yaitu algoritma shor dan algoritma grover.

Pada 19 November 2013, Lockheed Martin, NASA, dan Google, sudah memiliki misi yang sama untuk membuat komputer quantumnya sendiri. Komputer quantum ini merupakan superkonduktor chip yang dirancang oleh sistem tertentu buatan NASA Jet Propulsion Laboratories. NASA dan Google berbagi komputer yang sama untuk digunakan pada Quantum Artificial Intelligence Lab dengan 512 qubit D-Wave Two.

Menurut prediksi IBM, Quantum Advantage akan dimulai pada tahun 2023. IBM berencana akan meluncurkan IBM Quantum Computer dengan dasar 1121 qubit. Semakin banyak jumlah qubit yang ada pada komputer, maka semakin tinggi kemampuannya untuk menghitung secara paralel. Alhasil, data dalam jumlah yang besar akan lebih mudah di proses.

Jenis Quantum Computing

Saat ini ada beberapa jenis quatum computing yang berbeda-beda sesuai dengan kegunaan dan aplikasinya. Beberapa jenis quantum computing tersebut antara lain sebagai berikut, yaitu :

• Quantum Stimulation

Quantum computing sangat tepat digunakan untuk memodelkan sistem kuantum lain. Hal ini disebabkan karena quantum computing menggunakan fenomena kuantum untuk perhitungannya. Quantum stimulation dapat menangani kompleksitas dan ambiguitas sitem yang ada di komputer konvensional. Contoh sistem kuantem yang dapat di stimulasikan adalah fotosintesis, superkonduktivitas, dan pembentukan molekul kompleks.

• Cryptography

Algoritma Rivest Shamer Adleman (RSA) sering digunakan untuk transmisi data yang aman. Algoritma tersebut juga bergantung pada masalah kompleks, misalnya faktorisasi bilangan bulat dan logaritma diskrit. Banyak masalah dapat terselesaikan secara efisien dengan quantum computing.

• Optimization

Quantum computing juga memiliki jenis optimization, dimana sebuah proses penemuan solusi optimal untuk masalah tertentu. Banyak akademisi dan industri membuat keputusan penting berdasarkan faktor-fakotr yang ada, misalnya biaya, kualitas, dan waktu produksi. Dengan menggunakan algoritme pengoptimalan di quantum computing, anda dapat menemukan solusi yang lebih baik.

• Quantum Machine Learning

Jenis lain dari quantum computing adalah quantum machine learning. Namun, jenis atau model ini dapat terbilang mahal sehingga cukup menghambat pengembangan.

• Searching

Jenis terakhir dari quantum computing adalah searching. Algoritma kuantum dikembangkan pada tahun 1996 dimana secara dramatis dapat mempercepat pencarian atas data tidak terstruktur. Tentunya metode ini lebih cepat daripada algoritma tradisional.

Fungsi Quantum Computing

Ilmuwan saintek, baik itu fisika, kimia, farmasi, komputer, dan sebagainya, akan sangat merasakan fungsi dan manfaat quantum computing. Teknologi in dapat membantu mereka dalam menciptakan inovasi-inovasi bagi masyarakat. Lembaga keuangan juga dapat menggunakan quantum computing untuk masalah yang dihadapi pelanggannya.

Beberapa fungsi dan manfaat dari quantum computing antara lain:

• Mampu digunakan untuk meningkatkan keamanan kriptografi dan pengamanan informasi
• Memiliki kecepatan dan efisiensi dalam menyelesaikan masalah-masalah yang kompleks jika dibandingkan dengan komputer klasik
• Memiliki kehandalan yang tinggi dalam menyelesaikan masalah-masalah kompleks jika dibandingkan dengan komputer klasik
• Mampu digunkan untuk berbagai bidang industri, misalnya logistik, farmasi, keuangan, dan lainnya
• Mampu digunakan untuk berbagai keilmuwan, misalnya fisika, kimia biologi, dan lainnya
• Meningkatkan kinerja berbagai bidang, misalnya dalam mengoptimisasi masalah, stimulasi, dan lain-lain

Konsekuensi Pemanfaatan Teknologi Quantum Computing

Kemunculan tekonologi quantum computing tidak hanya memberikan keuntungan. Ada beberapa konsekuensi yang tidak dapat diabaikan oleh setiap orang. Beberapa konsekuensi dari pemanfaatan teknologi quantum computing adalah :

• Investasi yang besar
• Perubahan dalam industri
• Kebutuhan akan kompetensi yang lebih tinggi
• Aspek etis
• Kemananan
• Perubahan dalam sistem ekonomi
• Perubahan dalam kriptografi
• Perubahan dalam sistem pengambilan keputusan
• Aspek sosial
• Aspek lingkungan
• Aspek politik
• Perubahan dalam dunia akademis

Cara Kerja Quantum Computing

Komputer quantum dapat bekerja jauh lebih cepat daripada komputer konvensional dan superkomputer. Komputer quantum Google Sycamore saja mampu melakukan perhitungan 200 detik lebih cepat daripada superkomputer IBM.

Secara umum, ada tiga bagian utama cara kerja quantum computing, yaitu :

• Wilayah yang menampung qubit
• Cara mengirim sinyal ke qubit
• Cara menjalankan program dan mengirim perintah

Beberapa metode penyimpanan qubit menyimpan unit tersebut pada suhu tepat diatas nol mutlak. Hal ini diwajibkan agar memaksimalkan koherensi dan mengurangi interfensi. Selain itu, beberapa jenis penutup qubit memerlukan ruang hampa udara untuk meminimalisir getaran dan menstabilkan qubit.

Beberapa metode pengiriman sinyal ke qubit dapat berupa gelombang mikro, laser, dan voltase.

Contoh Quantum Computing

Google sudah mempersiapkan dirinya untuk membangun komputer kuantum pada tahun 2009 dengan budget miliaran dollar. Google juga membuat kampus di California untuk mencapai tujuannya tersebut. Kampus tersebut disebut juga dengan Google AI.

Tidak hanya Google yang berinvestasi di bidang quantum computing, beberapa perusahaan lain seperti Honeywell International (HON) dan International Business Machine (IBM) juga turut serta meramaikan dunia quantum computing. Beberapa perusahaan tersebut sudah membangun komputer quantum pribadi, walaupun belum ada yang tersedia secara komersial dengan harga terjangkau.

Setelah dikembangkan, Google dapat meluncurkan layanan quantum computing melalui cloud. Beberapa perusahaan lain juga dapat melakukan quantum computing tanpa menggunakan komputer spesialis quantum. Perusahaan IBM sendiri berencana ingin memiliki komputer quantum 1000 quibit pada tahun 2023.

Selain itu, beberapa perusahaan besar lainnya, misalnya Microsoft, juga menawarkan perusahaan akses ke tekonologi quantum melalui platform Azure Quantum.