Salah satu tugas ilmiah utama di zaman kita adalah berlomba menciptakan komputer kuantum pertama yang bermanfaat. Ribuan fisikawan dan insinyur berpartisipasi di dalamnya. Konsep mereka dikembangkan oleh IBM, Google, Alibaba, Microsoft dan Intel. Bagaimana perangkat komputasi yang kuat mengubah dunia kita, dan mengapa itu begitu penting?
Bayangkan sejenak: komputer kuantum lengkap dibuat. Dia menjadi elemen yang akrab dan alami dalam kehidupan kita. Komputasi klasik sekarang hanya digunakan di sekolah, dalam pelajaran sejarah. Di suatu tempat yang jauh di dalam ruang bawah tanah yang dingin, mesin yang kuat beroperasi dengan qubit untuk mendukung pekerjaan robot yang dilengkapi dengan kecerdasan buatan. Mereka melakukan semua hal yang berbahaya dan sangat monoton. Berjalan melalui taman, Anda melihat-lihat dan melihat semua jenis robot. Makhluk manusia berjalan anjing, menjual es krim, memperbaiki kabel, menyapu wilayah itu. Beberapa model menggantikan hewan peliharaan.
Kami mendapat kesempatan untuk mengungkap semua rahasia alam semesta dan mencari ke dalam diri kita sendiri. Pengobatan telah mencapai tingkat baru - obat-obatan inovatif dikembangkan setiap minggu. Kita dapat memprediksi dan menentukan di mana sumber daya yang langka, seperti gas dan minyak, berada. Masalah pemanasan global telah dipecahkan, metode konservasi energi telah dioptimalkan, tidak ada lagi kemacetan di kota-kota. Komputer kuantum tidak hanya mengendalikan semua mesin robot, tetapi juga menyediakan gerakan bebas: memantau situasi di jalan, mengoreksi rute dan memotong kontrol dari pengemudi jika perlu. Seperti itulah usia kuantum.
Rush Emas Kuantum
Prospek aplikasi sangat mengejutkan, sehingga investasi dalam pengembangan kuantum tumbuh setiap tahun. Pasar komputasi kuantum global bernilai $ 81,6 juta pada tahun 2018. Pakar Market.us menyarankan bahwa pada 2026 akan mencapai 381,6 juta dolar AS. Artinya, itu akan meningkat rata-rata 21,26% per tahun dari 2019 hingga 2026.
Pertumbuhan ini didorong oleh meningkatnya penggunaan kriptografi kuantum dalam aplikasi keamanan dan didorong oleh investasi oleh pihak-pihak yang berkepentingan di pasar komputasi kuantum. Pada awal tahun ini, menurut analisis oleh jurnal ilmiah Nature, investor swasta telah mendanai setidaknya 52 perusahaan teknologi kuantum di seluruh dunia. Pemain besar seperti IBM, Google, Alibaba, Microsoft, Intel, D-Wave Systems sedang berjuang untuk membuat komputer kuantum yang praktis dapat diterapkan.
Ya, sementara uang mengalir ke daerah ini setiap tahun mewakili biaya kecil (untuk perbandingan: pada tahun 2018, investasi dalam AI berjumlah 9,3 miliar dolar AS). Tetapi angka-angka ini penting untuk industri yang belum matang yang belum dapat membanggakan indikator kinerja.
Memecahkan masalah kuantum
Anda perlu memahami bahwa saat ini teknologi masih dalam masa pertumbuhan. Itu mungkin untuk membuat hanya prototipe mesin kuantum, sistem eksperimental tunggal. Mereka mampu menjalankan algoritma tetap dengan kompleksitas kecil. Komputer 2-qubit pertama diciptakan pada tahun 1998, dan butuh manusia 21 tahun untuk membawa perangkat ke tingkat yang tepat, yang disebut "keunggulan kuantum". Istilah ini diciptakan oleh Profesor Institut Teknologi California John Preskill. Dan itu berarti kemampuan perangkat kuantum untuk menyelesaikan masalah lebih cepat daripada komputer klasik paling kuat.
Terobosan di bidang ini dilakukan oleh Google yang berbasis di California. Pada bulan September 2019, perusahaan mengumumkan bahwa perangkat Sycamore 53-qubit mereka dalam 200 detik melakukan perhitungan, yang akan memakan waktu 10.000 tahun untuk superkomputer paling modern. Pernyataan itu menimbulkan banyak kontroversi. IBM sangat tidak setuju dengan perhitungan tersebut. Perusahaan menulis di blognya bahwa superkomputer Summit mereka akan melakukan ini dalam 2,5 hari. Dan semua yang dibutuhkan adalah meningkatkan kapasitas penyimpanan disk. Meskipun dalam kenyataannya perbedaannya tidak begitu kolosal, Google benar-benar yang pertama kali mencapai "keunggulan kuantum". Dan ini merupakan tonggak penting dalam penelitian komputer. Tapi tidak lebih dari itu. Sycamore feat hanya untuk tujuan demonstrasi. Ini tidak memiliki aplikasi praktis dan tidak berguna untuk menyelesaikan masalah nyata.
Masalah utama adalah perangkat keras. Jika bit komputasi tradisional memiliki nilai 0 atau 1, maka dalam dunia kuantum yang aneh, qubit dapat berada di kedua negara pada saat yang sama. Properti ini disebut superposisi. Qubit seperti puncak pemintalan: mereka berputar secara simultan searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam, mereka bergerak naik dan turun. Jika Anda menemukan ini membingungkan, maka Anda berada di perusahaan yang hebat. Richard Feynman pernah berkata: "Jika Anda pikir Anda memahami mekanika kuantum, maka Anda tidak memahaminya." Kata-kata berani dari seorang pria yang menerima Hadiah Nobel untuk ... mekanika kuantum.
Jadi, qubit sangat tidak stabil dan tunduk pada pengaruh eksternal. Sebuah mesin yang lewat di bawah jendela laboratorium, suara internal dari sistem pendingin, partikel kosmik yang lewat - gangguan acak apa pun, interaksi apa pun melanggar sinkronisme mereka dan mereka terlepas. Ini adalah bencana bagi komputasi.
Pertanyaan kunci untuk pengembangan komputasi kuantum adalah solusi perangkat keras mana yang banyak diselidiki akan memastikan stabilitas qubit. Siapa pun yang memecahkan masalah pelanggaran koherensi dan menjadikan komputer kuantum sama umum dengan GPU akan menerima Hadiah Nobel dan menjadi orang terkaya di dunia.
Jalan menuju komersialisasi
Pada 2011, perusahaan Kanada D-Wave Systems Inc. yang pertama menjual komputer kuantum, meskipun kegunaannya terbatas pada masalah matematika tertentu. Dan dalam beberapa bulan mendatang, jutaan pengembang akan dapat mulai menggunakan prosesor kuantum melalui cloud - IBM berjanji untuk menyediakan akses ke perangkat 53-qubit-nya. Sejauh ini, di bawah program yang disebut Q Network, 20 perusahaan telah menerima hak istimewa seperti itu. Diantaranya adalah Samsung Electronics, pembuat mobil Honda Motor dan Daimler, perusahaan kimia JSR dan Nagase, bank JPMorgan Chase & Co. dan barclays.
Sebagian besar perusahaan yang bereksperimen dengan komputasi kuantum saat ini melihat mereka sebagai bagian integral dari masa depan. Sekarang misi utama mereka adalah untuk mencari tahu apa yang berfungsi dalam komputasi kuantum dan apa yang tidak. Dan jadilah yang pertama untuk memperkenalkan teknologi ke bisnis ketika sudah siap.
Organisasi transportasi. Volkswagen, bersama-sama dengan D-Wave, sedang mengembangkan aplikasi kuantum - sistem kontrol lalu lintas. Program baru ini akan memungkinkan organisasi angkutan umum dan perusahaan taksi di kota-kota besar untuk lebih efisien menggunakan armada mereka dan meminimalkan waktu tunggu penumpang.
Sektor energi. ExxonMobil dan IBM mendorong komputasi energi kuantum. Mereka fokus pada pengembangan sejumlah teknologi energi baru, meningkatkan efisiensi energi dan mengurangi emisi gas rumah kaca. Cakupan dan kompleksitas tugas yang dihadapi sektor energi berada di luar cakupan komputer tradisional modern dan sangat cocok untuk pengujian pada komputer kuantum.
Perusahaan farmasi. Accenture Labs bermitra dengan 1QBit, perusahaan perangkat lunak kuantum. Hanya dalam 2 bulan dari penelitian, mereka melanjutkan untuk menguji konsep - aplikasi pemodelan interaksi molekuler yang kompleks pada tingkat atom. Berkat kekuatan komputasi kuantum, menjadi mungkin untuk menganalisis molekul yang lebih besar. Apa yang akan memberi masyarakat ini? Obat inovatif dengan efek samping paling sedikit.
Sektor keuangan. Teknologi yang didasarkan pada prinsip-prinsip teori kuantum semakin menarik minat bank. Mereka tertarik untuk memproses transaksi, transaksi, dan jenis data lainnya secepat mungkin. Barclays dan JP Morgan Chase (dengan IBM), serta NatWest (dengan Fujitsu) sudah melakukan percobaan pengembangan perangkat lunak khusus mereka.
Adopsi oleh perusahaan besar seperti itu dan kedatangan perintis kuantum yang giat berbicara tentang kelayakan komersial kuantum. Kita sudah melihat bagaimana komputasi kuantum digunakan untuk tugas-tugas dunia nyata - mulai dari meningkatkan efisiensi energi hingga mengoptimalkan rute kendaraan. Dan yang terpenting, nilai teknologi akan tumbuh seiring perkembangannya.