Masa Depan Komputasi Kuantum tidak Mungkin Terjadi, karena Kesalahan Perangkat Keras Acak

Google mengumumkan musim gugur ini dengan sangat meriah karena telah mendemonstrasikan “supremasi kuantum”. Yaitu Ia melakukan komputasi kuantum tertentu jauh lebih cepat daripada yang dapat dicapai oleh komputer klasik terbaik. IBM segera mengkritik klaim tersebut, dengan mengatakan bahwa superkomputer klasik miliknya. Dapat melakukan komputasi pada kecepatan yang hampir sama dengan ketepatan yang jauh lebih besar dan, oleh karena itu. Pengumuman Google harus diambil “dengan skeptisisme dalam dosis besar”.

Ini bukan pertama kalinya seseorang meragukan komputasi kuantum. Tahun lalu, Michel Dyakonov, seorang ahli fisika teoritis di Universitas Montpellier di Prancis. Menawarkan banyak alasan teknis mengapa superkomputer kuantum praktis tidak akan pernah dibuat dalam sebuah artikel di IEEE Spectrum. Jurnal unggulan teknik listrik dan komputer.

Jadi, bagaimana Anda bisa memahami apa yang sedang terjadi?

Sebagai seseorang yang telah bekerja pada komputasi kuantum selama bertahun-tahun. Saya percaya bahwa karena kesalahan acak yang tak terhindarkan dalam perangkat keras. Komputer kuantum yang berguna tidak mungkin dibuat.

Apa Itu Komputer Kuantum?

Untuk memahami alasannya, Anda perlu memahami cara kerja komputer kuantum karena mereka pada dasarnya berbeda dari komputer klasik.

Komputer klasik menggunakan 0 dan 1 untuk menyimpan data. Angka-angka ini dapat berupa tegangan pada titik-titik berbeda dalam suatu rangkaian. Tetapi komputer kuantum bekerja pada bit kuantum, juga dikenal sebagai qubit. Anda dapat membayangkannya sebagai gelombang yang terkait dengan amplitudo dan fase.

Qubit memiliki sifat khusus: Mereka dapat berada dalam superposisi, di mana keduanya 0 dan 1 pada saat yang sama. Dan mereka dapat terjerat sehingga mereka memiliki sifat fisik yang sama meskipun dapat dipisahkan oleh jarak yang jauh. Itu adalah perilaku yang tidak ada dalam dunia fisika klasik. Superposisi lenyap saat pelaku eksperimen berinteraksi dengan status kuantum.

Karena superposisi, komputer kuantum dengan 100 qubit dapat mewakili 2100 solusi secara bersamaan. Untuk masalah tertentu, paralelisme eksponensial ini dapat dimanfaatkan untuk menciptakan keunggulan kecepatan yang luar biasa. Beberapa masalah pemecah kode dapat diselesaikan secara eksponensial lebih cepat pada mesin kuantum, misalnya.

Pendekatan Lain

Ada pendekatan lain yang lebih sempit untuk komputasi kuantum yang disebut anil kuantum. Di mana qubit digunakan untuk mempercepat masalah pengoptimalan. D-Wave Systems, yang berbasis di Kanada, telah membangun sistem pengoptimalan yang menggunakan qubit untuk tujuan ini. Tetapi para kritikus juga mengklaim bahwa sistem ini tidak lebih baik dari komputer klasik.

Terlepas dari itu, perusahaan dan negara menginvestasikan sejumlah besar uang dalam komputasi kuantum. China telah mengembangkan fasilitas penelitian kuantum baru senilai US $10 miliar.  Sedangkan Uni Eropa telah mengembangkan rencana induk kuantum senilai €1 miliar ($1,1 miliar). Undang-undang Inisiatif Kuantum Nasional Amerika Serikat menyediakan $1,2 miliar untuk mempromosikan ilmu informasi kuantum selama periode lima tahun.

Memecah algoritme enkripsi adalah faktor pendorong yang kuat bagi banyak negara – jika mereka berhasil melakukannya. Ttu akan memberi mereka keuntungan kecerdasan yang luar biasa. Tetapi investasi ini juga mendorong penelitian fundamental dalam fisika.

Banyak perusahaan mendorong untuk membangun komputer kuantum, termasuk Intel dan Microsoft selain Google dan IBM. Perusahaan-perusahaan ini mencoba membangun perangkat keras yang mereplikasi model sirkuit komputer klasik. Namun, sistem eksperimental saat ini memiliki kurang dari 100 qubit. Untuk mencapai kinerja komputasi yang berguna, Anda mungkin membutuhkan mesin dengan ratusan ribu qubit.

Koreksi Kebisingan dan Kesalahan

Matematika yang mendukung algoritme kuantum sudah mapan, tetapi masih ada tantangan teknik yang menakutkan.

Agar komputer berfungsi dengan baik, mereka harus memperbaiki semua kesalahan kecil yang acak. Dalam komputer kuantum, kesalahan seperti itu muncul dari elemen rangkaian non-ideal dan interaksi qubit dengan lingkungan di sekitarnya. Untuk alasan ini qubit dapat kehilangan koherensi dalam sepersekian detik. Dan, oleh karena itu, perhitungan harus diselesaikan dalam waktu yang lebih singkat. Jika kesalahan acak yang tidak dapat dihindari dalam sistem fisik mana pun. Tidak diperbaiki, hasil komputer tidak akan berharga.

Dalam komputer klasik, noise kecil dikoreksi dengan memanfaatkan konsep yang dikenal sebagai thresholding. Ini bekerja seperti pembulatan angka. Dengan demikian, dalam transmisi bilangan bulat diketahui kesalahannya kurang dari 0,5. Jika yang diterima 3,45 maka nilai yang diterima dapat dikoreksi menjadi 3.

Kesalahan lebih lanjut dapat diperbaiki dengan memperkenalkan redundansi. Jadi jika 0 dan 1 ditransmisikan sebagai 000 dan 111. Maka paling banyak satu kesalahan bit selama transmisi dapat dikoreksi dengan mudah. 001 yang diterima akan diinterpretasikan sebagai 0, dan 101 yang diterima akan diinterpretasikan sebagai 1.

Kode koreksi kesalahan kuantum adalah generalisasi dari kode klasik, tetapi ada perbedaan penting. Untuk satu, qubit yang tidak diketahui tidak dapat disalin untuk menggabungkan redundansi sebagai teknik koreksi kesalahan. Selanjutnya, kesalahan yang ada dalam data yang masuk sebelum pengkodean koreksi kesalahan diperkenalkan tidak dapat diperbaiki.

Kriptografi Kuantum

Meskipun masalah kebisingan merupakan tantangan serius dalam implementasi komputer kuantum. Tidak demikian halnya dalam kriptografi kuantum, di mana orang berurusan dengan qubit tunggal.  Karena qubit tunggal dapat tetap terisolasi dari lingkungan untuk waktu yang cukup lama. Dengan menggunakan kriptografi kuantum, dua pengguna dapat bertukar angka yang sangat besar yang dikenal sebagai kunci. Yang mengamankan data, tanpa ada yang dapat merusak sistem pertukaran kunci. Pertukaran kunci semacam itu dapat membantu mengamankan komunikasi antara satelit dan kapal angkatan laut. Tetapi algoritma enkripsi sebenarnya yang digunakan setelah kunci ditukar tetap klasik. Dan oleh karena itu enkripsi secara teoritis tidak lebih kuat dari metode klasik.

Kriptografi kuantum digunakan secara komersial dalam arti terbatas untuk transaksi perbankan bernilai tinggi. Namun karena kedua pihak harus diautentikasi menggunakan protokol klasik. Dan karena rantai hanya sekuat tautan terlemahnya, itu tidak jauh berbeda dari sistem yang ada. Bank masih menggunakan proses otentikasi berbasis klasik, yang dengan sendirinya dapat digunakan untuk bertukar kunci tanpa kehilangan keamanan secara keseluruhan.

Teknologi kriptografi kuantum harus mengalihkan fokusnya ke transmisi informasi kuantum. Jika itu akan menjadi jauh lebih aman daripada teknik kriptografi yang ada.

Tantangan Komputasi Kuantum Skala Komersial

Sementara kriptografi kuantum menjanjikan jika masalah transmisi kuantum dapat diselesaikan, saya ragu hal yang sama berlaku untuk komputasi kuantum umum. Koreksi kesalahan, yang fundamental untuk komputer multiguna, adalah tantangan yang signifikan dalam komputer kuantum. Sehingga saya tidak yakin mereka akan pernah dibuat dalam skala komersial.

Related Post