Skip to main content

Sinyal

Komputasi Kuantum

Teknologi komputasi generasi berikutnya

Munculnya komputasi kuantum merupakan transformasi teknologi besar berikutnya, yang mendorong perubahan ekonomi dan sosial secara menyeluruh. Berikut ini adalah penjelasan singkat mengenai apa yang diharapkan dari teknologi ini.

Teknologi Komputasi Generasi Berikutnya

Komputasi kuantum (QC) adalah teknologi komputasi generasi berikutnya, yang memanfaatkan fisika kuantum.

Sementara komputasi klasik bergantung pada bit, unit dasarnya, komputasi kuantum bergantung pada qubit-atau nilai apa pun di antara qubit, atau kombinasi keduanya.

Sementara sebuah bit ada menurut logika biner-yaitu 0 atau 1, mati atau hidup-sebuah qubit dapat berada dalam kondisi 0 dan 1 pada saat yang bersamaan, dalam sebuah fenomena yang dikenal sebagai "superposisi".

"Keterikatan" adalah fenomena fundamental lain yang memberikan kekuatan pada QC. Ketika dua atau lebih qubit terjerat, mereka bertindak sebagai satu sistem, seperti roda gigi yang terjerat dalam gearbox, sehingga perubahan pada satu qubit akan mengubah semua qubit lainnya yang terjerat. Itu berarti operasi tunggal dapat secara bersamaan memengaruhi keadaan banyak qubit.

Hasilnya adalah jenis komputasi baru yang lebih bertenaga dan mengejutkan.

Mungkin akan ada antara 2.000 hingga 5.000 komputer kuantum di seluruh dunia pada tahun 2030. Jumlahnya kurang dari selusin pada tahun 2018.

Komputer yang secara eksponensial lebih bertenaga

1 Quantum Computer dapat menyelesaikan masalah yang membutuhkan klaster 512 GPU

QC memiliki potensi untuk memecahkan masalah yang secara eksponensial lebih kompleks daripada yang dapat dipecahkan oleh komputasi klasik.

Komputer kuantum 1.000 qubit (yang diperkirakan akan hadir dalam 2-3 tahun mendatang) akan dapat beroperasi pada 10³⁰¹ (yaitu 1 diikuti oleh 301 angka nol) yang berbeda yang disebut sebagai "keadaan informasi" secara bersamaan.

"Keadaan" dalam konteks ini berarti satu solusi yang mungkin untuk masalah yang diberikan. Sebagian besar solusi yang mungkin akan salah, jadi semakin banyak kondisi yang dapat kita jelajahi, semakin baik peluang kita untuk menemukan solusi terbaik.

Dua Arsitektur, Dua Kerangka Waktu

Quantum annealer dikhususkan untuk tugas-tugas pengoptimalan. Maskapai penerbangan dapat menggunakan komputer tersebut untuk menyiapkan jadwal rute pesawat yang optimal, yang meminimalkan penggunaan bahan bakar sekaligus memastikan bahwa semua jadwal penumpang terpenuhi.

Mereka akan mulai memberikan dampak komersial dalam 2-5 tahun

 

Komputer kuantum berbasis gerbang bersifat universal, yang berarti komputer ini dapat menghitung berbagai macam masalah. Di masa depan, perusahaan farmasi akan menggunakannya untuk mensimulasikan senyawa obat baru, mengeksplorasi efek dari jutaan senyawa obat tanpa harus mensintesis dan mengujinya.

Mereka akan mulai memberikan dampak komersial dalam 7-10 tahun ke depan

Teknologi Quantum

Qubit superkonduktor

Salah satu platform teknologi terdepan untuk pengembangan komputer kuantum. IBM, Google, D- Wave, dan yang lainnya telah menerapkannya. Sistem superkonduktor biasanya beroperasi pada suhu yang sangat rendah, mendekati nol mutlak untuk menciptakan kondisi yang tepat untuk komputasi kuantum.

Jaringan kuantum

Jaringan kuantum memungkinkan transmisi informasi terjerat kuantum melalui saluran komunikasi. Mereka adalah salah satu teknologi yang memungkinkan di balik QKD dan akan memungkinkan peningkatan keamanan dan peningkatan bandwidth.

Distribusi kunci kuantum (QKD)

Metode komunikasi aman yang mengimplementasikan protokol kriptografi yang melibatkan komponen mekanika kuantum. Hal ini memungkinkan dua pihak untuk menghasilkan kunci rahasia acak bersama yang hanya diketahui oleh mereka, sebuah kunci yang kemudian dapat digunakan untuk mengenkripsi dan mendekripsi pesan. Ia menjanjikan kebal terhadap pengintaian atau "serangan man-in-the-middle".

Sensor kuantum

Perangkat yang bekerja dengan mendeteksi variasi dalam gravitasi mikro menggunakan prinsip-prinsip fisika kuantum, yang didasarkan pada manipulasi alam pada tingkat sub-molekul. Penginderaan kuantum memanfaatkan sifat mekanika kuantum seperti belitan kuantum, interferensi kuantum, dan pemerasan keadaan kuantum untuk melampaui batas-batas saat ini dalam teknologi sensor dan menghindari prinsip ketidakpastian.

Qubit ion kuantum

Perangkap ion kuantum adalah platform teknologi lain yang digunakan untuk mengembangkan komputer kuantum. Ini melibatkan penggunaan gaya listrik-magnetik untuk mengurung ion dalam ruang bebas. lonQ adalah pendukung utama pendekatan ini.

Arsitektur anil

Arsitektur anil adalah arsitektur yang lebih sederhana, berdasarkan pada gagasan untuk menemukan keadaan energi terendah dalam sistem kuantum. Kondisi energi terendah ini sesuai dengan solusi optimal dari masalah optimasi.

Arsitektur gerbang

Arsitektur gerbang menggunakan ekuivalen kuantum dari gerbang logika yang berfungsi sebagai blok bangunan unit pemrosesan pusat berbasis silikon. Dengan fakta tersebut, komputer kuantum berbasis gerbang, setidaknya secara teori, dapat menghitung serangkaian masalah yang sama dengan komputer tradisional.

Fotonik

Sistem fotonik bergantung pada pulsa cahaya dan polarisasi cahaya untuk menciptakan qubit. Tidak seperti kebanyakan teknologi qubit lainnya, teknologi ini memiliki keuntungan beroperasi pada suhu ruangan, tetapi cenderung bekerja jauh lebih lambat daripada qubit superkonduktor. Xanadu adalah perusahaan terkemuka yang mengejar pendekatan berbasis fotonik untuk QC.

Kriptografi pasca-kuantum (PQC)

Kriptografi pasca-kuantum adalah istilah kolektif untuk pendekatan enkripsi kunci publik baru yang tahan terhadap komputer kuantum. Proses pemilihan algoritma PQC dikelola oleh National Institute of Standards and Technology (NIST). Sebagian besar organisasi besar mengikuti jejak NIST.

Komputasi kuantum di awan

Perangkat keras

Biasanya, perusahaan yang membutuhkan QC tidak memiliki komputer sendiri. Gagasan komputer kuantum di tempat saat ini tidak praktis, karena sejumlah alasan utama:

  • Perangkat kuantum itu mahal
  • Pengoperasiannya rumit, dan karenanya mahal
  • Mengingat seberapa sering perangkat kuantum menerima peningkatan dari pabrikannya, perangkat individual akan menjadi usang dengan cepat

Sebaliknya, pengguna akhir komputer kuantum mengaksesnya melalui layanan cloud.

Saat ini ada dua pendekatan untuk penyediaan QC di cloud:

Pro dan Kontra dari Dua Pendekatan

Awan Berpemilik

Dalam pendekatan ini, penyedia menawarkan Access ke perangkat QC mereka sendiri melalui layanan cloud mereka sendiri. IBM adalah perusahaan terpenting yang mengikuti pendekatan ini, menawarkan QC melalui IBM Q Network.

Kekuatan

Integrasi yang lebih erat antara platform cloud penyedia yang ada dan platform kuantum Pengurangan latensi jaringan antara platform cloud klasik dan platform kuantum, yang akan menjadi keuntungan untuk aplikasi latensi rendah (seperti deteksi penipuan)

Kelemahan

Pilihan terbatas untuk opsi back-end komputasi kuantum

Potensi untuk model komersial yang lebih terbatas

Bahaya penguncian vendor

Awan Publik

Dalam pendekatan ini, layanan cloud terkemuka menyediakan Access ke perangkat QC vendor pihak ketiga. Amazon Braket, misalnya, menawarkan Access ke D-Wave, rigetti, Oxford Quantum Circuits, ionQ, dan Xanadu, dengan lebih banyak lagi dalam proses. Microsoft Azure Quantum menawarkan Access ke Quantinuum, IonQ, Quantum Circuits Inc, rigetti, PASQAL, 1QBit, Microsoft QIO, dan Toshiba SQBM +.

Kekuatan

Menggunakan layanan Access dan penagihan penyedia cloud yang ada, dan layanan bersama serupa

Menyediakan jalan yang mudah untuk Access komputer kuantum, biasanya dengan model “bayar sesuai kebutuhan”

Menyediakan Access ke berbagai macam komputer kuantum, memungkinkan perbandingan antara platform dan identifikasi perangkat yang sesuai untuk masalah yang dihadapi

Kelemahan

Kecenderungan latensi yang lebih tinggi dalam Access perangkat kuantum karena perjalanan pulang pergi jaringan dan antrian

Hal itu, pada gilirannya, menciptakan masalah dalam aplikasi seperti deteksi penipuan dan perdagangan frekuensi tinggi yang memiliki persyaratan waktu nyata atau latensi rendah, sampai-sampai aplikasi semacam itu mungkin tidak praktis

 

 

Di masa mendatang, penyedia cloud dapat meng-host perangkat kuantum di pusat data mereka bersama dengan perangkat keras CPU dan GPU tradisional mereka, sehingga meminimalkan efek latensi dan memungkinkan kelas baru aplikasi hibrida kuantum-klasik dengan throughput tinggi dan latensi rendah, seperti pendeteksian kecurangan dan perdagangan frekuensi tinggi.

Perangkat lunak/API

API dan SDK terkait cenderung bersumber terbuka dan, dengan beberapa pengecualian, ditulis dalam bahasa pemrograman Python.

Setiap vendor QC terkemuka biasanya menyediakan API sendiri untuk mendukung perangkat atau layanannya.

Beberapa vendor, seperti IonQ, telah memutuskan untuk mendukung API vendor lain daripada mengembangkan API milik mereka sendiri. IonQ, misalnya, mendukung Qiskit dari IBM dan Cirq. Pendekatan ini memungkinkan algoritme kuantum yang ditulis dalam Qiskit untuk mesin kuantum IBM, misalnya, lebih mudah di-porting agar dapat dijalankan pada perangkat IonQ.

Di masa depan, kita akan melihat sejumlah kecil API standar, yang disediakan atau diamanatkan oleh penyedia teknologi/cloud besar (IBM/Amazon/Microsoft), yang akan dibangun oleh vendor perangkat keras komputasi kuantum.

Aplikasi dalam layanan keuangan

Ketika mereka berjuang untuk kepemimpinan di QC, lembaga keuangan cenderung menemukan bahwa keterampilan dan pengembangan bakat dan retensi akan menjadi medan pertempuran utama. Para pemimpin dalam penerapan teknologi kuantum akan melihat keamanan, efisiensi operasional, dan efektivitas produk mereka tumbuh secara signifikan, sedangkan yang tertinggal akan melihat aspek-aspek bisnis mereka terkikis.

Meskipun kami tidak mengharapkan komputer kuantum yang cukup kuat untuk mendekripsi ekosistem kriptografi berbasis PKI saat ini untuk setidaknya 10-12 tahun ke depan, ada banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk mempersiapkannya dalam menghadapi ancaman kuantum.

Efek katalisator di sektor lain

QC memiliki aplikasi yang berpotensi transformatif di berbagai bidang lainnya.

Penemuan Obat

Komputasi Kuantum akan meningkatkan proses penemuan obat dengan mempercepat identifikasi dan simulasi molekul. Ini akan memindahkan eksperimen dari laboratorium basah ke komputer dan peneliti akan memiliki Access ke kombinasi kimia yang akan membutuhkan waktu puluhan tahun untuk dirancang oleh komputasi konvensional.

Keamanan siber

Komputer kuantum memang mengancam tulang punggung keamanan jaringan saat ini -kriptografi kunci publik RSA. Tetapi teknologi kuantum juga akan memungkinkan bentuk komunikasi yang baru dan bahkan lebih aman.

Logistik

QC akan mengubah rantai pasokan kami dengan menangani banyak data yang sangat kompleks yang terkait dengan kapasitas produksi, geografi dan infrastruktur, pola cuaca, rute, kapasitas jalur kereta api dan pengiriman, dan lainnya.

Otomotif

QC akan mendorong lebih dekat ke ekosistem kendaraan otonom yang layak. AI dan pembelajaran mesin yang didukung kuantum akan mempercepat proses pembelajaran algoritma yang diperlukan. Klasifikasi gambar dan penahanan objek 3D juga akan mendapatkan keuntungan dari QC.

Simulasi

QC akan memberikan kemampuan baru dalam pemodelan realitas. Kita akan lebih baik dalam memperkirakan kejadian cuaca ekstrem, memetakan perubahan iklim, memprediksi bagaimana pembangunan perkotaan akan memengaruhi emisi, memperkirakan pertumbuhan populasi - dan masih banyak lagi.

Seiring dengan semakin populernya QC, kita akan secara alami melihat kasus-kasus penggunaan muncul di berbagai sektor.

TEKNOLOGI YANG SEDANG BERKEMBANG

Para Pemain di QC Sekarang

Berbagai vendor perangkat keras menciptakan komputer kuantum mereka sendiri, menggunakan berbagai fenomena fisik yang mendasari dan menerapkan pendekatan universal berbasis gerbang dan pendekatan quantum annealing. Ini termasuk:

Selain vendor perangkat keras, yang masing-masing biasanya menawarkan perpustakaan perangkat lunaknya sendiri (misalnya, IBM qiskit, D-Wave Ocean, Google Cirq), ada juga sejumlah vendor perangkat lunak kuantum yang murni. Di antara mereka:

Pertumbuhan Pasar QC

2016

$89M

pasar komputasi kuantum global

2025

$949M

pasar komputasi kuantum global (diproyeksikan)

30% CAGR dari 2017 hingga 2025

Potensi besar di depan

Komputer kuantum akan sesuai untuk tugas-tugas tertentu. Dalam waktu dekat, komputer kuantum akan unggul dalam memecahkan masalah numerik yang kompleks dan akan hidup berdampingan dengan komputer klasik yang ada untuk memungkinkan sistem hibrida kuantum-klasik. Hibriditas penting, karena ketika komputasi klasik memberikan hasil yang sudah jadi, komputer kuantum memberikan hasil dalam bentuk distribusi probabilitas, menghasilkan serangkaian jawaban yang mungkin perlu disaring menggunakan komputer klasik. Lebih jauh ke masa depan, QC memiliki potensi untuk menjadi transformatif. Ini akan membuat peningkatan besar dalam bidang-bidang tertentu, memberikan kita kemampuan untuk menciptakan obat baru yang revolusioner, untuk mengoptimalkan cara kerja pasar keuangan kita, untuk mengamankan jaringan kita, untuk memahami sistem yang kompleks, mulai dari ekologi bumi hingga jaringan global penawaran dan permintaan-dan banyak lagi. Sedangkan untuk efek maksimumnya, cakrawala terbuka. Perubahan signifikan akan segera terjadi pada tingkat sosial dan ekonomi: Seperti halnya komputasi klasik, QC akan menjadi transformatif secara komprehensif dalam hal cara kita hidup. Namun, kisahnya masih harus ditulis, dan beberapa dekade ke depan akan menjadi saksi atas apa yang dapat dilakukan oleh pikiran terbaik kita dengan alat baru yang hebat ini.