Sebuah kriostat dari komputer kuantum berdiri selama tur pers di Pusat Komputasi Leibniz pada tahun 2022.
Qubit adalah istilah kunci dalam salah satu bidang teknologi yang paling ramai: komputasi kuantum.
Qubits adalah komponen dari komputer kuantum, dan jumlah qubit telah menjadi ukuran dengan mana komputer tersebut dinilai dalam judul-judul yang diperlihatkan ke publik. Anda mungkin mendengar tentang perusahaan yang telah membuat komputer kuantum dengan 30 atau 300 qubit, atau berencana untuk membuat satu dengan 30.000.
Namun, seperti setiap area dalam komputasi kuantum, subjek qubits bukanlah hal yang sederhana. Berikut adalah panduan singkat tentang qubits untuk membantu Anda memahami dasar-dasarnya.
Apa Itu Sebuah Qubit Dalam Komputasi Kuantum?
Sebuah qubit adalah mata uang informasi dari komputer kuantum. Semua perhitungan yang dilakukan komputer generasi berikut ini merupakan hasil dari penggunaan qubits. Dan fitur khusus mereka adalah bahwa daripada memiliki keadaan 1 atau 0 yang sederhana, seperti logika yang menggerakkan komputer pribadi reguler, mereka bisa jatuh di suatu tempat di antara keduanya.
Hal ini membuat qubits mampu memodelkan sistem di mana ketidakpastian atau kompleksitas ekstrem adalah faktor.
Masih bingung apa itu qubit dalam arti fisik? Menurut artikel dari Google tentang komputer kuantum pada tahun 2019, qubit-nya memiliki lebar 0,2mm. Ini jauh lebih besar dari transistor dari prosesor konvensional iPhone 15 Pro, misalnya. Transistor iPhone 15 Pro, yang merupakan blok bangunan paling dasar dari perangkat keras prosesor, hanya memiliki panjang tiga juta dari satu milimeter.
Arsitektur perangkat keras qubit biasanya terbuat dari materi superkonduktor, biasanya campuran logam aluminium dan niobium, agak berbeda dari semikonduktor silikon dan germanium dari transistor.
Di mana komputer biasa memiliki miliaran transistor, komputer kuantum saat ini memiliki qubit yang relatif sedikit. Namun, kekuatan dari qubit ini bisa luar biasa ketika diatur untuk tugas yang benar.
Pada tahun 2019, Google mengklaim bahwa komputer kuantum 54-qubit-nya menyelesaikan tugas dalam hanya 200 detik yang akan memakan waktu 10.000 tahun bagi superkomputer Summit dari IBM. Superkomputer Summit dari IBM memiliki 73.728.000.000.000 transistor dan membutuhkan luas 5600 kaki persegi, menurut PopSci.
Namun, ini bukanlah area di mana Google dipastikan unggul dari IBM. Pada Desember 2023, IBM mengumumkan bahwa mereka telah membuat komputer kuantum dengan 1.000 qubit, dan pada Mei 2023 mengatakan bahwa mereka memiliki rencana untuk membuat model 100.000 qubit suatu hari.
Bit vs Qubit: Apa Perbedaannya?
Sebuah bit adalah irisan data terkecil yang digunakan oleh komputer reguler. Komputer tersebut menggunakan transistor dan kapasitor untuk membuat dan menyimpan titik-titik data 1 dan 0 ini. Qubits dari komputer kuantum menggunakan prinsip mekanika kuantum yang disebut superposisi, yang membebaskan keadaan biner ini.
Superposisi menetapkan bahwa pada tingkat kuantum sesuatu bisa berada dalam lebih dari satu keadaan atau posisi pada saat yang bersamaan. Partikel yang menentukan keadaan ini bukan lah logam yang menjadi arsitektur qubit tapi “ion terjebak, foton, atom buatan atau nyata, atau kuantitas semu,” menurut Microsoft Azure.
Jika hal ini mulai menjadi membingungkan, itu semua terkait dengan sifat komputasi kuantum, yang secara tipikal tidak sesuai dengan cara berpikir dalam nalar umum.
Namun, penjelasan dari Azure tersebut menawarkan cara yang efektif untuk memahami bagaimana keluaran qubit dapat dipahami. Di mana sebuah bit tradisional akan selalu menjadi 1 atau 0, sebuah qubit dapat menyampaikan pecahan dari kedua keadaan tersebut – contoh dari Azure adalah qubit yang membedakan “8/20 0” dan “12/20 1,” di mana 0 dan 1 tersebut mewakili partikel biru dan merah dalam sebuah wadah.
Kekompleksan informasi yang bisa diatasi oleh sistem berbasis qubit jauh lebih besar daripada komputer berbasis bit, dan kompleksitas potensial ini berkembang secara eksponensial seiring dengan meningkatnya jumlah qubit dalam sistem tersebut.
Komputasi Kuantum Vs. Komputasi Klasik
Janji luar biasa dari komputer kuantum mungkin membuat terdengar seolah komputer “klasik” yang membosankan harus digantikan dengan komputer kuantum. Hal ini tidaklah benar, karena komputer kuantum belum cocok untuk banyak tugas dan menderita dari banyak masalah yang tidak dialami oleh komputer reguler.
Misalnya, qubit saat ini harus dijaga pada suhu yang sangat rendah, mendekati nol mutlak (-459,67 Fahrenheit atau −273,15 Celsius). Mereka juga sangat rentan terhadap error dan noise, disebabkan oleh, di antara faktor-faktor lain, gangguan elektromagnetik.
Pada pertengahan tahun 2023, IBM Research dan Berkeley menjelaskan bagaimana tim penelitian mereka sebenarnya meningkatkan kebisingan untuk secara efektif memodelkan kebisingan data itu sendiri, agar kemudian bisa menghitung bagaimana sinyal tersebut akan terlihat tanpanya. Ada isu fundamental yang harus diatasi di sini.
Komputer kuantum belum praktis untuk penggunaan sehari-hari, dan pada saat ini sulit untuk membayangkan apa yang akan digunakan oleh pengguna komputer pribadi biasa.
Manfaat dari komputasi kuantum menjadi lebih jelas ketika dibandingkan dengan jenis tugas yang mungkin dilakukan oleh superkomputer. Di mana superkomputer adalah komputer “normal” yang menggunakan sejumlah besar prosesor untuk pemrosesan parallel, qubit efektif menjadikan komputer kuantum sebagai “pemikir” parallel secara alami.
Pemrosesan parallel ini mungkin digunakan untuk cepat menyelesaikan masalah-masalah yang sangat kompleks. Salah satu pertanyaan besar adalah bagaimana masalah-masalah tersebut akan tampak dalam kehidupan nyata.
Seperti yang dibahas dalam artikel di Nature tahun 2023, contoh potensial yang jelas adalah “dalam mensimulasikan fisika dan kimia kuantum, dan dalam membobol kriptosistem kunci publik yang digunakan untuk melindungi komunikasi yang sensitif.”
Komputer kuantum akhirnya dapat dengan cepat memecah lapisan keamanan yang menjadi andalan sistem online yang kita andalkan saat ini, sehingga memerlukan penggunaan teknologi kuantum untuk membuat bentuk keamanan baru. Berguna.
Meskipun telah berspekulasi bahwa komputasi kuantum akan membantu menciptakan baterai yang lebih baik untuk upaya teknologi hijau di masa depan, membuat pengembangan obat lebih cepat, membantu memodelkan cuaca, dan lainnya, ini saat ini masih merupakan harapan berbasis spekulatif.
Aplikasi Qubit dalam Komputasi Kuantum
Qubits sangat berguna untuk memodelkan sistem yang sangat kompleks, termasuk ketika ada elemen keacakan yang terlibat dalam interaksi tersebut.
Penggunaan yang disarankan termasuk dalam memecahkan masalah dunia alam, di mana solusinya dapat dipengaruhi oleh reaksi berantai yang besar dari proses-proses di tingkat molekuler. Inilah mengapa qubit bisa sangat berguna dalam pengembangan obat-obatan masa depan, atau memprediksi kejadian cuaca yang – pada tingkat makro – tampak begitu tidak terduga.
Apa Masa Depan Qubits?
Selama beberapa tahun terakhir, berita-berita utama qubit telah difokuskan pada jumlah qubit yang telah dimasukkan ke dalam komputer kuantum. Kemungkinan besar ini akan terus berlanjut untuk waktu yang lama, tetapi juga perlu ada fokus pada koreksi kesalahan agar qubit menjadi lebih dapat diandalkan dan bermanfaat dalam skenario dunia nyata.
Desain superkomputer Google tahun 2023 memiliki 70 qubit, naik dari 53 pada desain yang ditunjukkan pada tahun 2019. Mereka mengklaim versi terbaru tersebut 241 juta kali lebih kuat daripada yang lama.
Strategi IBM lebih jelas terpaut pada angka qubit tinggi, karena desain terbarunya dari awal 2024 memiliki 1121 qubit dan mereka memiliki rencana – seperti yang disebutkan sebelumnya – untuk meningkatkan angka tersebut menjadi 100.000 di masa depan.
Rencana jalan IBM juga menunjukkan bahwa pionir kuantum tersebut berharap memiliki arsitektur komputer kuantum yang diperbaiki kesalahannya berjalan pada tahun 2029. Koreksi kesalahan setidaknya sama pentingnya dengan meningkatkan jumlah qubit, karena klaim kekuatan tidak memiliki arti jika output komputer tidak dapat dipercaya.
Langkah selanjutnya dalam upaya ini saat ini adalah bekerja pada qubit logis. Ini merupakan bentuk data komputasi kuantum yang berasal dari output beberapa qubit fisik, jenis qubit yang sering hembuskan di spesifikasi teknologi. Ini efektif merupakan kelompok qubit yang dimaksudkan untuk bertindak sebagai koreksi kesalahan.
Untuk memberikan gambaran tentang skala yang terlibat, start-up komputasi kuantum QuEra Computing mengumumkan peta jalan pada awal 2024, termasuk desain pada tahun 2025 dimana sekitar 3000 qubit fisik diatur untuk membentuk 30 qubit logis.
Kesimpulan
Qubit adalah salah satu metrik yang lebih mudah dipahami dengan yang Anda bisa menilai kemajuan dalam bidang komputasi kuantum. Meskipun tidak sepenuhnya dapat dibandingkan dengan jumlah transistor, kecepatan clock CPU, atau jumlah inti prosesor dari komputasi konvensional, jumlah qubit sering digunakan dengan cara yang sama.
Di tahap awal di bidang ini, kita mungkin akan terus melihat perkembangan yang cepat selama beberapa tahun ke depan, dengan janji bahwa qubit akan merevolusi cara komputer digunakan dan akan digunakan.