Komputasi kuantum adalah revolusi terbesar dalam komputasi sejak ... komputasi. Dunia kita terdiri dari informasi kuantum, tetapi kita memandang dunia sebagai informasi klasik. Artinya, banyak yang terjadi dalam skala kecil di luar indra normal kita. Sebagai manusia, kita telah berevolusi untuk memproses informasi klasik, bukan informasi kuantum: otak kita diprogram untuk memikirkan kucing bertaring tajam, bukan kucing Schrödinger. Kita dapat dengan mudah menyandikan informasi klasik kita dengan nol dan satu, tetapi bagaimana dengan mengakses informasi tambahan yang tersedia yang membentuk alam semesta kita? Bisakah kita menggunakan sifat kuantum realitas untuk memproses informasi? Tentu saja, jika tidak kita harus mengakhiri posting ini di sini, dan itu tidak akan memuaskan kita semua.Mari jelajahi kemungkinan komputasi kuantum dan kemudian mulai menulis kode kuantum kita sendiri.
Titik awal untuk mempelajari komputasi kuantum adalah untuk memahami bahwa sementara banyak prinsip bertentangan dengan akal sehat, alam semesta klasik yang kita kenal dan cintai hanyalah bayangan dari tatanan realitas kuantum. Bagian dari membiasakan diri dengan kuantum adalah membiasakan diri dengan keterbatasan persepsi kita sendiri. Batasan ini mirip dengan menggambar objek 3D pada selembar kertas 2D. Lihatlah gambar rangka di bawah ini. Ini bisa berupa kotak (kita bisa mengilustrasikan ini dengan gelas di atasnya), sudut (kita bisa meletakkan botol di dalamnya sehingga kita bisa melihat sudutnya).
Kami dipaksa untuk melihat salah satunya, dan tidak keduanya pada saat yang bersamaan. Kita dapat menukar mereka bolak-balik, tetapi karena kita terjebak dalam tampilan 2D, kita hanya dapat melihat satu atau lainnya. Dua dimensi tidak cukup untuk merepresentasikan objek tiga dimensi dengan sempurna. Dengan cara yang sama, dunia informasi klasik dalam pengkodeannya yang paling sederhana direpresentasikan dalam bit, nol, dan satu. Namun, ini tidak cukup untuk menggambarkan dunia kuantum. Di dunia kuantum, kita membutuhkan bit kuantum atau qubit untuk mendeskripsikan informasi kita. Sama seperti meletakkan minuman di kotak atau di pojok, kita dapat melakukan pengukuran yang akan membuat qubit kita memberi tahu kita tentang ketukan klasik, tetapi ada lebih banyak informasi yang dapat kita gunakan.
Komputer kuantum akan menggunakan informasi lainnya untuk mencapai kekuatan pemrosesan yang lebih besar. Ini akan mengubah segalanya dalam aplikasi di bidang farmasi, bahan ramah lingkungan baru, logistik, keuangan, data besar, dan banyak lagi. Misalnya, komputasi kuantum akan menghitung energi molekul dengan lebih baik karena pada dasarnya ini adalah masalah kuantum. Jadi, jika Anda bisa membayangkan industri molekul, Anda bisa membayangkan penerapan komputasi kuantum. Sering kali, orang ingin tahu apakah komputer kuantum akan lebih cepat, dan meskipun mereka dapat melakukan komputasi lebih cepat, ini bukan karena mereka melakukan hal yang sama dengan banyak siklus. Sebaliknya, komputer kuantum menggunakan cara pemrosesan informasi yang berbeda secara fundamental. Untuk merasakan perbedaan mendasar ini, kami akan mempertimbangkan sebuah contoh,yang membantu menggambarkan kekuatan komputasi kuantum.
Temui pemabuk kuantum
Mari lakukan eksperimen pikiran. Dalam perjalanan mabuk klasik (terkadang disebut jalan santai), ada seorang pemabuk yang keluar dari lemari dan mencoba mencari temannya di bar.
Semua orang terlihat sama di bar, pemabuk kami terlalu banyak mabuk, jadi dia berjalan ke arah orang yang duduk di bar secara acak. Ketika dia menemukan bahwa orang pertama yang dia ganggu bukanlah temannya, dia secara acak pindah ke bangku berikutnya, entah ke kiri atau ke kanan. Kita dapat mensimulasikan pejalan mabuk kita dengan melempar koin dan mengatakan bahwa jika kepala muncul, dia akan pergi ke kanan, jika buntut - ke kiri.
Orang berikutnya juga tidak akan menjadi teman yang diinginkan, tetapi ingatan pemabuk kita pendek, jadi dia akan bergerak ke kiri atau ke kanan dengan probabilitas yang sama. Ini akan berlanjut sampai petugas keamanan dipanggil untuk mengusirnya.
Petugas keamanan menyukai fisika, jadi mereka memutuskan setiap kali untuk mencari tahu di mana akhirnya bertemu dengan orang yang mabuk. Inilah yang dilihat oleh layanan keamanan:
Bentuknya berbentuk lonceng, dan ciri menarik dari kurva berbentuk lonceng ini adalah penyebaran di tengah (tempat yang paling mungkin untuk menemukan pemabuk) adalah akar kuadrat dari jumlah langkah yang diambil pejalan kaki yang mabuk. Ketika pemabuk melewati sembilan kursi bar, rentang kurva adalah tiga; keamanan kemungkinan akan menemukannya dalam tiga kursi bar dari tempat pemabuk itu duduk. Ketika pemabuk melakukan 100 kali percobaan, petugas keamanan kemungkinan besar akan menemukan pemabuk dalam 10 tinja dari tempat si pemabuk mulai. Statistik ini membantu pasukan keamanan mengetahui di mana mereka paling mungkin menemukan pejalan kaki mabuk, yang berada di dekat titik awal.
Keamanan sekarang memiliki model yang dapat mereka gunakan untuk mengikuti para pemabuk klasik, tetapi sayangnya ada juga pemabuk kuantum di bilah ini. Sedangkan pemabuk klasik adalah lemparan koin sederhana untuk setiap arah, bagi pemabuk kuantum koin tersebut adalah kuantum dan dapat berada dalam superposisi kepala dan ekor pada saat yang bersamaan. Pemabuk kuantum mengikuti lintasan yang merupakan superposisi anak tangga kiri dan kanan setiap kursi bar.
Superposisi adalah salah satu konsep fundamental mekanika kuantum dan salah satu alat untuk membedakan antara informasi kuantum dan informasi klasik. Untuk lebih bersenang-senang dengan superposisi, baca posting Strangeworks ini tentang beberapa dasar qubit....
Pemabuk kuantum akan berjalan dalam superposisi kiri dan kanan pada saat yang sama tanpa lokasi tertentu sampai keamanan menemukannya.
Ketika petugas keamanan melihat distribusi posisi di mana pemabuk kuantum berada, mereka menemukan hasil yang sama sekali berbeda dari pemabuk klasik.
Berbeda dengan distribusi kurva lonceng halus, mereka akan menemukan distribusi anjing seperti di bawah ini:
Apa yang terjadi? Dimana pemabuk kuantum? Mengapa puncak distribusi harus berada di luar? Mengapa ada area di dalam dengan probabilitas sangat rendah dan area lain dengan probabilitas lebih tinggi? Pemabuk kuantum memiliki sifat baru.
Pemabuk cenderung lebih jauh dari tengah dan kecil kemungkinannya untuk lebih dekat ke tengah. Beberapa jalur lebih kecil kemungkinannya karena gangguan, dan beberapa lebih mungkin. Penyebaran secara keseluruhan juga sangat berbeda. Daripada mengacu pada akar kuadrat dari sebaran, sebaran berhubungan secara linier dengan angka atau langkah. Seorang pemabuk kuantum yang mengambil sepuluh langkah kemungkinan akan ditemukan di luar sepuluh kursi bar, sejauh pemabuk klasik yang mengambil 100 langkah.
Jadi bagaimana kita bisa menggunakan ini untuk keuntungan kita? Apakah ada masalah yang bisa kita selesaikan lebih baik dengan pemabuk kuantum daripada pemabuk klasik? Baiklah, saya senang Anda bertanya, karena ya ada! Untuk memverifikasi ini, kita akan menempatkan pemabuk di lorong labirin. Kami memilih labirin khusus yang akan mendemonstrasikan kekuatan pemabuk kuantum. Dalam tugas ini, kita memiliki struktur pohon yang dicerminkan dan kemudian direkatkan.
Di sebelah kiri adalah pintu masuk labirin, dan di sebelah kanan adalah pintu keluar. Kami ingin melihat seberapa baik pejalan kaki mabuk kami menemukan jalan keluarnya. Ingatlah bahwa pemabuk klasik akan melempar koin di setiap node, sedangkan pemabuk kuantum akan membuat superposisi dari setiap jalur di setiap node. Para pemabuk cenderung terjebak di titik-titik acak di tengah dan membutuhkan waktu lebih lama untuk menemukan jalan keluarnya.
Karena pemabuk kuantum lebih umum, lebih mudah bagi mereka untuk menghindari kemacetan. Inilah sebabnya mengapa pemabuk kuantum menemukan jalan keluarnya lebih cepat daripada pemabuk klasik.
Saat kita mengirim lebih banyak pemabuk keluar, kuantum akan menangani masalah ini secara eksponensial lebih baik daripada yang klasik!
Inilah kekuatan komputasi kuantum. Meskipun ini adalah contoh sederhana, semua algoritme kuantum bekerja dengan cara yang sama: dengan menggunakan penyebaran kuantum dengan cara cerdas yang sesuai dengan struktur masalah. Ada banyak aplikasi untuk algoritma kuantum, jadi sekaranglah waktunya untuk mulai mempelajari pemrograman kuantum.
Dalam waktu dekat, aplikasi terbaik adalah pengembangan obat-obatan dan pengembangan bahan baru. Banyak dari aplikasi ini dalam kimia pada dasarnya adalah kuantum mekanik. Ini karena penghitungan energi elektron untuk molekul yang berbeda lebih efisien menggunakan komputer kuantum. Masalah pengoptimalan adalah area lain di mana komputasi kuantum akan berdampak dalam waktu yang tidak terlalu lama. Kelas masalah logistik ini mencakup pengoptimalan penyimpanan (halo FedEx, hubungi kami) atau distribusi barang seperti vaksin. Manajemen risiko keuangan dapat dilakukan dengan menggunakan algoritma serupa. Selain itu, ada teknologi untuk menciptakan Internet kuantum yang akan menggantikan beberapa sistem kriptografi kami untuk memastikan privasi dan keamanan.
Mulai pemrograman komputer kuantum
Anda dapat memulai komputasi kuantum sekarang (tanpa mabuk kuantum atau menantang pecandu alkohol klasik ke lomba labirin)! Di Strangeworks, kami menurunkan hambatan pemrograman komputasi kuantum sehingga Anda dapat menjadi bagian dari komunitas sumber terbuka yang menarik ini. Anda dapat menjelajahi perpustakaan konten kami yang terus berkembang, atau membuatnya sendiri sebagai anggota komunitas Strangeworks. Anda dapat menjalankan kode di sini, tanpa instalasi, dan lihat hasilnya. Jelajahi banyak bahasa dan platform pemrograman kuantum yang berbeda.
Berikut adalah beberapa titik awal yang bagus:
Bermainlah dengan kode untuk jalan acak kuantum yang disederhanakan
Posting ini merinci cara menyandikan pejalan kaki acak kuantum empat node. Memulai dengan tugas yang disederhanakan akan membantu Anda mulai menulis kode kuantum segera tanpa beban besar kerumitan masalah. Wawasan yang akan Anda dapatkan dari posting ini akan cukup untuk memahami apa yang terjadi, sedangkan kode dan deskripsi sebenarnya dari rangkaian kuantum akan memberi tahu Anda detail terkecil dalam membuat program untuk komputer kuantum.
Memulai Strangeworks Platform
Jika Anda hanya ingin terjun ke dunia komputasi kuantum, tidak ada yang lebih baik daripada mengikuti tur platform Strangeworks Quantumcomputing.com. Panduan ini adalah titik awal yang ideal untuk paradigma komputasi baru ini.
Server kami dapat digunakan untuk komputasi.
Daftar menggunakan tautan di atas atau dengan mengklik spanduk dan dapatkan diskon 10% untuk bulan pertama menyewa server dengan konfigurasi apa pun!
