Qubit, superposisi, keterjeratan, gerbang kuantum, koreksi kesalahan, algoritme, platform perangkat keras, kriptografi, dan batasan praktis
Komputasi kuantum
Komputasi kuantum adalah pendekatan komputasi yang menggunakan sistem mekanika kuantum sebagai pembawa informasi. Ini sedang dikembangkan untuk masalah di mana qubit yang dikontrol dengan hati-hati pada akhirnya dapat membantu tugas-tugas yang berhubungan dengan simulasi, optimasi, kimia, material, dan kriptografi.
Apa itu komputasi kuantum
Komputasi kuantum menggunakan sistem fisik yang diatur oleh mekanika kuantum untuk memproses informasi. Daripada hanya menyimpan bit klasik, prosesor kuantum menggunakan qubit yang dapat disiapkan, diubah, dilibatkan, dan diukur. Hasilnya bukanlah kecepatan ajaib untuk semua komputasi, namun model berbeda yang dapat berguna untuk masalah terstruktur tertentu.
Bit dan qubit
Bit klasik dibaca sebagai 0 atau 1. Qubit dijelaskan oleh keadaan kuantum yang dapat melibatkan amplitudo untuk 0 dan 1 sebelum pengukuran. Saat diukur, qubit memberikan hasil klasik. Perilaku yang bermanfaat berasal dari pengendalian banyak qubit dengan gerbang sehingga pengukuran akhir lebih mungkin mengungkap jawaban atas masalah yang dirancang dengan cermat.
Superposisi dan keterikatan
Superposisi berarti keadaan kuantum dapat menggabungkan kemungkinan-kemungkinan dengan cara yang tidak bisa dilakukan oleh bit biasa. Keterikatan menghubungkan keadaan qubit sehingga keseluruhan sistem tidak dapat digambarkan sebagai bagian yang independen. Algoritme kuantum menggunakan efek ini bersamaan dengan interferensi, di mana amplitudo dapat memperkuat hasil yang bermanfaat dan membatalkan hasil yang tidak membantu.
Gerbang dan sirkuit kuantum
Banyak komputer kuantum diprogram sebagai sirkuit. Sebuah sirkuit menerapkan gerbang kuantum ke qubit, seperti program klasik yang menerapkan operasi pada bit. Gerbang memutar keadaan, membuat keterikatan, dan menyiapkan pengukuran. Sirkuit abstrak yang sama dapat dikompilasi secara berbeda untuk sirkuit superkonduktor, ion yang terperangkap, atom netral, foton, atau perangkat keras lainnya.
Pendekatan perangkat keras
Para peneliti sedang mengejar beberapa teknologi qubit. Sirkuit superkonduktor memerlukan sistem kriogenik. Ion yang terperangkap menggunakan medan elektromagnetik untuk menahan atom bermuatan. Atom netral, foton, spin qubit, dan platform lainnya masing-masing memiliki kekuatan berbeda. Tidak ada pendekatan tunggal yang dapat menyelesaikan semua kebutuhan akan skala, kontrol, kecepatan, konektivitas, dan tingkat kesalahan yang rendah.
Kesalahan dan koreksi
Informasi kuantum itu rumit. Panas, medan yang menyimpang, gerbang yang tidak sempurna, kesalahan pengukuran, dan interaksi dengan lingkungan dapat mengganggu perhitungan. Koreksi kesalahan mencoba melindungi qubit logis dengan menyebarkan informasi ke banyak qubit fisik, tetapi melakukan hal ini dalam skala besar memerlukan kemajuan besar dalam perangkat keras, perangkat lunak, dan teknik.
Apa manfaatnya
Kegunaan yang menjanjikan termasuk simulasi sistem kuantum dalam ilmu kimia dan material, mengeksplorasi beberapa metode optimasi, meningkatkan tugas pengambilan sampel tertentu, dan pada akhirnya menjalankan algoritma yang mempengaruhi kriptografi kunci publik. Sebagian besar aplikasi yang berguna masih memerlukan validasi yang cermat, dan banyak mesin jangka pendek masih dibatasi oleh kebisingan dan skala.
Mengapa itu penting
Komputasi kuantum penting karena memperluas arti komputasi. Ini menghubungkan fisika, ilmu komputer, teknik, dan matematika, dan telah mempengaruhi perencanaan kriptografi dan alat penelitian baru. Pentingnya hal ini tidak hanya pada mesin masa depan, namun juga pada standar, algoritme, material, dan persiapan keamanan yang dibangun di sekitarnya.