Teknologi Komputer Kuantum

Hari ini kita akan bahas tentang perkembangan teknologi komputer kuantum, yang mana merupakan teknologi masa depan komputasi yang akan menggantikan komputer saat ini sekitar 20 hingga 30 tahun kedepan. Gagasan tentang teknologi komputasi kuantum sebenarnya sudah sejak dahulu, pertama kali diperkenalkan oleh Yuri Manin pada tahun 1980, oleh Paul Benioff, seorang fisikawan di Argonne National Laboratory pada tahun 1981 dan oleh Richard Feynman pada tahun 1982.

Pendiri Intel, Gordon E. Moore terkenal dengan tulisan tentang “Hukum Moore”, yang menyatakan bahwa jumlah transistor pada mikroprosesor terus meningkat dua kali lipat setiap 2 tahun. Nah, dari sini para pakar teknologi menyimpulkan bahwa pada tahun 2020 hingga 2030 diperkirakan akan menemukan sirkuit pada mikroprosesor diukur pada skala atom. Dan langkah logis berikutnya adalah sebuah komputer yang akan memanfaatkan kekuatan atom dan molekul untuk melakukan memori dan pengolahan tugas, yang kemudian disebut “Quantum Computers” atau dalam bahasa Indonesia disebut Komputer Kuantum.

Teknologi masa depan dari komputer kuantum dikatakan “super-cepat” ini, mempunyai konsep perhitungan yang berbeda dengan komputer saat ini. Studi komputasi kuantum secara teoritis menggunakan sistem perhitungan berdasarkan fenomena kuantum mekanik, dan menggunakan qubit (quantum bit) untuk melakukan operasi pada data. Ini sangat berbeda dengan komputer digital saat ini yang berdasarkan jumlah transistor dengan pengkodean “bit”, atau perhitungan logika “0” dan “1”.

Teknologi kuantum ini sudah sering dikatakan “super canggih”, bahkan dikabarkan akan mampu mewujudkan impian yang kami sendiri menganggap sesuatu yang sama sekali tidak mungkin terjadi, seperti; teleportasi barang, teleportasi manusia, dan bahkan dengan teknologi komputer kuantum akan dapat menghubungkan bumi dengan planet lain.

Teknologi Komputer Kuantum

Apa itu teknologi Komputer Kuantum? Kami telah mendapatkan jawaban yang tepat mengenai disiplin ilmu komputer masa depan ini dari Wikipedia dan HowStuffWorks, tentang definisi dan perkembagan dari komputer kuantum. Sesuatu yang sebenarnya masih R & D (riset dan pengembangan). Belum merupakan sebuah perangkat yang bisa digunakan, namun untuk komputasi kuantum (sebuah sistem perangkat keras dan lunak yang akan membuat perangkat komputer kuantum) sudah ada perusahaan yang telah didirikan termasuk D-wave System.

Developer	D-Wave Systems
Manufacturer	D-Wave Systems
Product family	D-Wave
Type	Quantum computer
CPU	512-qubit
Dimensions	10 square metre room
Predecessor	D-Wave One

1. Definisi Komputer Kuantum

Komputer saat ini bekerja dengan memanipulasi bit yang ada pada kondisi logika 0 atau 1. Kuantum komputer tidak terbatas pada 0 dan 1, mereka mengkodekan informasi sebagai bit kuantum, atau sering disebut “qubit”, yang bisa eksis dalam superposisi. Qubit dalam superposisi juga bisa bertindak sebagai hal yang “bisa berubah”, dalam artian bahwa ketika ingin menjadikan komputer kuantum seperti komputer konvensional saat ini, maka qubit superposisi akan menganggap nilai 0 atau 1. Karena komputer kuantum dapat berisi beberapa “kondisi” secara bersamaan (tidak hanya logika digital 1 dan 0), maka ia memiliki potensi untuk menjadi jutaan kali lebih kuat daripada superkomputer paling kuat saat ini.

Qubit adalah hal-hal yang berkaitan dengan atom, ion, foton atau elektron yang bisa dikembangkan sebagai memori komputer dan prosesor. Superposisi qubit adalah apa yang berhubungan dengan istilah paralelisme. Menurut fisikawan David Deutsch, paralelisme ini memungkinkan sebuah komputer kuantum untuk bekerja pada satu juta perhitungan sekaligus, sementara laptop, tablet PC dan desktop PC yang Anda miliki sekarang hanya bekerja pada satu perhitungan. 1000 perhitungan vs 1 perhitungan.. sesuatu yang jauh!

Sebuah komputer kuantum 30-qubit akan sama dengan kekuatan pemrosesan dari komputer konvensional yang bisa dijalankan pada 10 teraflops (triliunan operasi floating-point per detik). Padahal, komputer saat ini diukur dalam gigaflops (miliaran operasi floating-point per detik). Trilyunan vs Milyaran… sesuatu yang jauh!

Dari penjelasan diatas, maka tidak ada istilah perbandingan antara komputer konvensional saat ini dengan komputer kuantum masa depan, karena perbedaan keduanya sangat jauh.

Untuk membuat sebuah komputer kuantum, para ilmuwan harus memikirkan cara melakukan pengukuran secara tidak langsung untuk mempertahankan integritas sistem. Dalam fisika kuantum, jika Anda menerapkan kekuatan luar untuk dua atom, dapat menyebabkan mereka menjadi terjerat, dan atom kedua dapat mengambil sifat-sifat atom pertama. Jadi jika dibiarkan saja, sebuah atom akan berputar ke segala arah. Dan para ilmuan telah menemukan yang disebut “Qubit Control”. Ilmuwan komputer mengontrol partikel mikroskopis yang bertindak sebagai qubit dalam komputer kuantum dengan menggunakan perangkat kontrol, dengan beberapa hal diantaranya;

• Ion Traps, atau perangkap ion menggunakan bidang optik atau magnet (atau kombinasi keduanya).
• Optics Traps, perangkap optik dengan menggunakan gelombang cahaya untuk menjebak dan kemudian mengontrol partikel.
• Quantum dots, ini terbuat dari bahan semikonduktor dan digunakan untuk menampung dan memanipulasi elektron.
• Semiconductor impurities, ini adalah hal-hal yang berhubungan dengan sesuatu yang tidak diinginkan. (mungkin ini disebut “memisahkan” sesuatu yang tidak ingin dipakai)
  
• Superconducting circuits, memungkinkan elektron mengalir dengan hampir tidak ada hambatan pada suhu yang sangat rendah.

Pun begitu, Ada beberapa tantangan teknis dalam membangun sebuah komputer kuantum berskala besar, dan sejauh ini komputer kuantum belum memecahkan masalah lebih cepat daripada komputer klasik. David DiVincenzo, dari IBM, mencatat beberapa persyaratan untuk komputer kuantum praktis diantaranya;

• Scalable fisik untuk meningkatkan jumlah qubit
• Qubit yang dapat diinisialisasi
• Gerbang kuantum yang lebih cepat dari waktu decoherence (decoherence dapat diartikan sebagai hilangnya informasi dari sistem ke lingkungan, dalam hal komputer kuantum berarti hilangnya koherensi antara komponen sistem dalam superposisi kuantum)
• Qubit yang dapat dibaca dengan mudah

2. Perkembangan Teknologi Komputer Kuantum

Komputer kuantum bisa suatu hari menggantikan chip silikon, seperti transistor yang telah menggantikan tabung vakum. Tapi, seperti yang telah kami uraikan diatas bahwa untuk saat ini teknologi yang dibutuhkan untuk mengembangkan suatu komputer kuantum praktis masih berada di luar jangkauan kita dan masih belum mengungguli seperti komputer yang saat ini kita punya. Sebagian besar penelitian dalam komputasi kuantum masih sangat teoritis.

Berikut ini adalah data dari beberapa ‘timeline’ tentang perkembangan komputer kuantum dari tahun 1998 hingga tahun 2015;

Pada tahun 1998, Los Alamos dan peneliti MIT berhasil menyebarkan qubit tunggal di tiga spin nuklir di setiap molekul larutan cair alanin (asam amino yang digunakan untuk menganalisis kerusakan kondisi kuantum) atau trichloroethylene(hidrokarbon terklorinasi digunakan untuk mengoreksi kesalahan kuantum) molekul.

Pada bulan Maret 2000, para ilmuwan di Los Alamos National Laboratory mengumumkan pengembangan komputer kuantum 7-qubit dalam setetes cairan. Komputer kuantum menggunakan resonansi magnetik nuklir yang disebut NMR. Resonansi NMR ini digunakan untuk menerapkan pulsa elektromagnetik, yang memaksa partikel untuk berbaris sehingga “mereka” akan dalam posisi sejajar atau kalau tidak akan bertentangan dengan medan magnet, sehingga akan memungkinkan komputer kuantum untuk meniru informasi-encoding bit dalam komputer digital.

Pada bulan Agustus 2000, para peneliti di IBM Almaden Research Center mengklaim komputer kuantum yang paling canggih untuk saat itu yang disebut kuantum 5-qubit, itu dirancang untuk memungkinkan inti lima atom fluorin agar berinteraksi satu sama lain sebagai qubit, dan dapat diprogram oleh pulsa frekuensi radio dan dapat dideteksi oleh alat NMR. Penelitian dan ujicoba ini dipimpin oleh Dr. Isaac Chuang.

Pada tahun 2001, Para ilmuwan dari IBM bersama dengan Stanford University berhasil menunjukkan Algoritma Shor pada komputer kuantum. Algoritma Shor adalah metode untuk menemukan faktor-faktor utama angka (yang memainkan peran intrinsik dalam kriptografi). Mereka menggunakan komputer 7-qubit untuk menemukan faktor-faktor dari 15.

Pada tahun 2005, The Institute of Quantum Optics dan Quantum Informasi di Universitas Innsbruck mengumumkan bahwa para ilmuwan telah menciptakanqubyte (bit dengan byte berbeda) pertama, atau seri 8 qubit, menggunakan perangkap ion.

Pada tahun 2006, Para ilmuwan di Waterloo dan Massachusetts merancang metode untuk kontrol kuantum pada sistem 12-qubit.

Pada tahun 2007, Perusahaan startup canadian D-Wave menunjukkan sebuah komputer kuantum 16-qubit. Komputer memecahkan teka-teki sudoku dan masalah pencocokan pola lainnya.

Pada tahun 2009, para peneliti di Universitas Yale menciptakan prosesor solid-state kuantum pertama. Dua-qubit superkonduktor Chip memiliki qubit atom buatan yang terbuat dari satu miliar atom aluminium yang bertindak seperti atom tunggal yang bisa menempati dua kondisi.

Perkembangan lebih lanjut dilakukan pada tahun 2010. Sebuah tim di University of Bristol, juga menciptakan sebuah chip silikon berdasarkan optik kuantum, mampu menjalankan algoritma Shor. Springer menerbitkan jurnal Quantum Information Processing.

Pada bulan April 2011, sebuah tim ilmuwan dari Australia dan Jepang membuat terobosan dalam teleportasi kuantum. Mereka berhasil memindahkan satu set kompleks data kuantum dengan integritas transmisi penuh, tanpa mempengaruhi qubit superposisi.

Pada tahun 2011, D-Wave Systems mengumumkan annealer komersial pertama kuantum, D-Wave One, mengklaim prosesor 128 qubit. Pada tahun yang sama, para peneliti di University of Bristol menciptakan sistem Optik massal versi algoritma Shor.

Pada bulan September 2011 peneliti membuktikan komputer kuantum dapat dibuat dengan arsitektur Von Neumann (pemisahan RAM).

Pada November 2011 peneliti difaktorkan 143 menggunakan 4 qubit.

Pada bulan Februari 2012 ilmuwan IBM mengatakan bahwa mereka telah membuat beberapa terobosan dalam komputasi kuantum dengan superkonduktor sirkuit terpadu.

Pada bulan April 2012 sebuah tim multinasional peneliti dari University of Southern California, Delft University of Technology, the Iowa State University of Science and Technology, dan University of California, Santa Barbara, membangun sebuah komputer kuantum dua qubit yang dengan mudah dapat ditingkatkan pada fungsional suhu kamar.

Pada bulan September 2012, para peneliti Australia di Universitas New South Wales mengatakan komputer kuantum pertama di dunia hanya 5 sampai 10 tahun lagi, setelah mengumumkan terobosan global yang memungkinkan pembuatan blok bangunan memori. Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh insinyur Australia menciptakan qubit kerja pertama berdasarkan atom tunggal dalam silikon, yang memungkinkan untuk membentuk blok bangunan komputer modern.

Pada bulan Oktober 2012, Hadiah Nobel yang diberikan kepada David J. Wineland dan Serge Haroche untuk pekerjaan dasar mereka pada pemahaman dunia kuantum, yang dapat membantu mewujudkan komputasi kuantum.

Pada bulan Desember 2012, perusahaan komputasi kuantum pertama untuk perangkat lunak khusus, 1QBit didirikan di Vancouver, BC. 1QBit adalah perusahaan pertama untuk fokus secara eksklusif pada aplikasi perangkat lunak untuk komputer kuantum yang tersedia secara komersial, termasuk D-Wave Two.

Pada bulan Februari 2013, teknik baru, dilaporkan oleh dua kelompok menggunakan foton dalam kisi optik, namun bukan komputer kuantum universal, tetapi mungkin cukup baik untuk masalah praktis.

Pada Mei 2013, Google mengumumkan bahwa mereka telah meluncurkan Quantum Artificial Intelligence Lab, yang diselenggarakan oleh NASA Ames Research Center, dengan komputer kuantum D-Wave 512-qubit.

Pada tahun 2014, para peneliti di University of New South Wales telah menggunakan silikon sebagai shell pelindung di sekitar qubit, membuat mereka lebih akurat, meningkatkan lamanya waktu dalam menyimpan informasi dan hal ini semakin memungkinkan untuk membuat satu perangkat komputer kuantum.

Pada tahun 2015, pengembangan komputer kuantum yang sebenarnya masih dalam masa pertumbuhan, tetapi percobaan telah dilakukan di mana operasi komputasi kuantum dieksekusi pada sejumlah sangat kecil dari qubit. Kedua penelitian praktis dan teoritis terus menerus, dan banyak pemerintah nasional dan juga badan-badan militer mendanai penelitian komputasi kuantum dalam upaya untuk mengembangkan komputer kuantum untuk nantinya digunakan di berbagai bidang industri, sipil, bisnis, perdagangan, game dan bahkan untuk tujuan keamanan nasional.