Komputasi Kuantum

Apa itu mekanika kuantum? Mekanika kuantum adalah kerangka atau himpunan matematika aturan untuk konstruksi teori fisika. Misalnya, ada teori fisika dikenal sebagai elektrodinamika kuantum yang digambarkan memiliki akurasi fantastis dari interaksi atom dan cahaya.

Elektrodinamika kuantum dibangun dalam kerangka mekanika kuantum, tetapi berisi aturan khusus yang tidak ditentukan oleh mekanika kuantum. Hubungan mekanika kuantum dengan teori fisika tertentu seperti elektrodinamika kuantum, kurang lebih seperti hubungan sistem operasi komputer dengan perangkat lunak aplikasi.

Aturan mekanika kuantum sederhana tetapi bahkan para ahli menganggapnya berlawanan dengan intuisi, dan anteseden paling awal dari komputasi kuantum dan informasi kuantum dapat ditemukan dalam keinginan lama fisikawan untuk lebih memahami kuantum mekanika. 

Rencana untuk mengembangkan komputer kuantum yang cukup canggih untuk mengeksekusi algoritma Shor untuk jumlah besar telah menjadi motivator utama untuk memajukan bidang komputasi kuantum. Namun, untuk mengembangkan pandangan yang lebih luas tentang komputer kuantum, penting untuk dipahami bahwa mereka kemungkinan akan memberikan percepatan luar biasa hanya untuk jenis masalah tertentu.

Para peneliti bekerja untuk memahami masalah mana yang cocok untuk percepatan kuantum dan mengembangkan algoritme untuk menunjukkannya. Secara umum, diyakini bahwa komputer kuantum akan sangat membantu masalah yang terkait dengan pengoptimalan, yang memainkan peran kunci dalam segala hal mulai dari pertahanan hingga perdagangan finansial.

Beberapa aplikasi tambahan untuk sistem qubit yang tidak terkait dengan komputasi atau simulasi juga ada dan merupakan bidang penelitian yang aktif, tetapi mereka berada di luar cakupan tinjauan ini. Dua bidang yang paling menonjol adalah 

(1) Penginderaan kuantum dan metrologi, yang memanfaatkan sensitivitas ekstrem qubit terhadap lingkungan untuk mewujudkan penginderaan di luar batas kebisingan bidikan klasik

(2) Jaringan dan komunikasi kuantum, yang dapat mengarah pada cara-cara revolusioner untuk berbagi informasi.

Membangun komputer kuantum sangatlah sulit. Banyak kandidat sistem qubit yang ada pada skala atom tunggal, dan fisikawan, insinyur, dan ilmuwan material yang mencoba menjalankan operasi kuantum pada sistem ini terus-menerus berurusan dengan dua persyaratan yang bersaing. 

Pertama, qubit perlu dilindungi dari lingkungan karena dapat menghancurkan keadaan kuantum rumit yang diperlukan untuk komputasi. Semakin lama sebuah qubit bertahan dalam keadaan yang diinginkannya, semakin lama pula “waktu koherensinya”. Dari perspektif ini, isolasi dihargai. Kedua, bagaimanapun, untuk eksekusi algoritme, qubit perlu dijerat, diacak di sekitar arsitektur fisik, dan dapat dikontrol sesuai permintaan. Semakin baik operasi ini dapat dilakukan, semakin tinggi "kesetiaan" mereka. Menyeimbangkan isolasi dan interaksi yang diperlukan itu sulit, tetapi setelah beberapa dekade penelitian, beberapa sistem muncul sebagai kandidat teratas untuk pemrosesan informasi kuantum skala besar.

Sistem superkonduktor, ion atom yang terperangkap, dan semikonduktor adalah beberapa platform terkemuka untuk membangun komputer kuantum. Masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan terkait dengan koherensi, kesetiaan, dan skalabilitas tertinggi untuk sistem besar. Jelas, bagaimanapun, bahwa semua platform ini akan memerlukan beberapa jenis protokol koreksi kesalahan agar cukup kuat untuk melakukan perhitungan yang berarti, dan bagaimana merancang dan mengimplementasikan protokol ini sendiri merupakan area penelitian yang luas.

sumber 

Nielsen, M. Chuang, L.(2010). Quantum Computation and Quantum Information. 10th Anniversary Edition. 1-58