Google dilaporkan mencapai keunggulan kuantum. Ini adalah pemberita revolusi yang akan mengubah peradaban kita

Kami telah mendengar tentang komputer kuantum selama beberapa dekade. Kami bahkan melihat prototipe mereka. Sayangnya, kinerja raksasa mereka belum sepenuhnya bersifat teoritis. Padahal, jika Anda percaya pada laporan media, Google baru saja mengubah teori menjadi praktik.

Komputer kuantum sama sekali tidak menyerupai komputer klasik. Bahkan prinsip-prinsip arsitekturnya benar-benar berbeda dari semua yang kami sebut komputer – dari kalkulator hingga superkomputer akademik. Namun, mereka melayani tujuan yang sama: untuk melakukan operasi kompleks pada angka.

Jantung dari komputer semacam itu adalah sistem fisik. Memprogram komputer semacam itu adalah mencatat keadaan kuantum awalnya dan merencanakan evolusinya sesuai. Status kuantum ini adalah informasi tentang sistem yang dipermasalahkan, yang memungkinkan untuk memprediksi probabilitas hasil semua pengukuran yang dapat dilakukan pada sistem ini.

Tentu saja, pengukuran berhubungan dengan skala kuantum, yaitu melihat elemen-elemen kecil seperti atom dan partikel elementer. Karena kuantum itu sendiri, bertentangan dengan kepercayaan populer, bukan objek, tetapi nilai. Lebih khusus lagi, nilai terkecil yang dimiliki kuantitas fisik tertentu atau dapat berubah dalam peristiwa tertentu.

Algoritma evolusioner ini, yang disebut algoritma kuantum, menggunakan gerbang logika kuantum dan register kuantum dalam konsepnya. Algoritma ini diperlukan untuk memenuhi tantangan mekanika kuantum.

Untuk memahami hasil perhitungan komputer kuantum, mereka harus dilakukan berulang kali.

Dalam komputer klasik, informasi diwakili oleh serangkaian angka satu dan nol, yang kita sebut bit. Masalahnya adalah bahwa rekan-rekan kuantum mereka – qubit, mis. Unit informasi kuantum terkecil dan tak terpisahkan – diatur oleh hukum dunia kuantum, dan karenanya tidak mewakili satu negara (satu dan nol), tetapi superposisi mereka (yaitu semua negara perantara). Qubit ini adalah kekuatan terbesar komputer kuantum. Tetapi juga salah satu dari dua kelemahan terbesar mereka.

Karena superposisi yang disebutkan, satu qubit mewakili informasi yang jauh lebih banyak daripada sedikit dari komputer klasik. Ini berarti dapat digunakan untuk banyak perhitungan paralel dalam satu siklus perhitungan. Sayangnya, ini juga berarti bahwa operasi pada qubit akan mengembalikan banyak hasil yang berbeda dalam cara yang hampir acak. Hanya serangkaian perhitungan yang sama yang akan menentukan kemungkinan besar.

Membuat algoritma kuantum untuk memenuhi tantangan di atas bukan satu-satunya masalah.

Kerapuhan sistem fisik juga penting, karena keadaan kuantumnya sangat tidak stabil. Yang Anda butuhkan hanyalah perubahan suhu, getaran, gelombang elektromagnetik, atau rangsangan fisik lainnya untuk dekoherensi. Jadi, sebenarnya, penghancuran seluruh komputer dengan mengubah propertinya. Mengubah keadaan kuantum berarti bahwa algoritma kuantum yang dikembangkan dengan hati-hati akan berhenti bekerja.

Karena itu, komputer kuantum tidak hanya sulit diprogram, tetapi juga sangat tidak stabil – dan ini adalah tingkat ketidakstabilan yang sama sekali baru daripada yang belum ditambal Windows XP pada driver kiri. Inilah sebabnya, meskipun kami telah berbicara tentang komputer kuantum sejak 1980-an, kami masih belum menggunakannya.

Keuntungan dari komputer kuantum daripada yang klasik karena itu jelas dan teoretis. Kami belum dapat membangunnya, tetapi menciptakan struktur yang cukup kompleks sehingga semuanya masuk akal. Banyak perusahaan yang mengerjakannya, termasuk IBM, Intel dan D-Wave. Microsoft bahkan sudah memiliki bahasa pemrograman kuantum Q #.

Namun Google dikatakan telah mencapai keunggulan kuantum. Apa sebenarnya dia?

Komputer kuantum prototipe sebelumnya … berfungsi. Dan pada dasarnya itulah yang dapat Anda katakan tentang mereka. Ketidakkekalan mereka dan kompleksitas yang dihasilkan relatif rendah menghasilkan lebih banyak teori di sekitar mereka daripada praktik. Dengan demikian, para ilmuwan yang berurusan dengan topik ini menciptakan istilah sehari-hari untuk keunggulan kuantum (John Preskill adalah yang pertama kali menggunakannya pada 2012). Pencapaiannya akan sama dengan memecahkan masalah matematika yang tidak akan praktis – karena waktu yang diperlukan untuk perhitungan – dapat dicapai untuk komputer klasik. Dan ternyata dia mencapainya sebagai Google pertama.

Prosesor Google Bristlecone disajikan tahun lalu. Di sebelah kiri bentuk fisiknya, di sebelah kanan sebuah ilustrasi yang menyajikan distribusi qubitnya

Kami menulis seharusnya karena dua alasan. Pertama, banyak skeptis pesimis tentang perlunya interpretasi probabilistik dan statistik perhitungan komputer kuantum. Mereka memiliki keraguan besar apakah algoritma mengkuliti skala perhitungan yang benar dengan jumlah qubit (dan dengan demikian kompleksitas) dari komputer kuantum itu sendiri. Menurut pengetahuan yang tersedia untuk umum: kita tidak tahu ini. Jadi jika Google menaklukkan keacakan mekanika kuantum, sehingga mencapai keuntungan kuantum, dia entah bagaimana itu dikenalnya.

Kedua, kisah Google mencapai keunggulan ini agak misterius. Dia adalah orang pertama yang menulis tentang itu di Financial Times, melaporkan pada kesempatan bahwa komputer Google 54-qubit (sebenarnya 53-qubit, karena satu qubit ternyata tidak berfungsi) melakukan serangkaian perhitungan matematika dalam 200 detik, yang akan diselesaikan oleh superkomputer tradisional dalam 10 ribu . tahun. Namun, wartawan dari majalah ini menggunakan file yang ditempatkan di server NASA, tempat Google bekerja. Tak lama setelah publikasi, dokumen-dokumen ini menghilang, dan Google saat ini tidak menjawab pertanyaan media.

Namun, mari kita asumsikan bahwa itu benar – karena mungkin ini masalahnya. Apa yang Google dapatkan dari keuntungan kuantum?

Segalanya dan tidak ada. Perhitungan yang dilakukan oleh prosesor kuantum Google Sycamore tidak ada gunanya. Tugas komputer adalah untuk menghasilkan seperangkat angka biner dan memeriksa apakah distribusinya benar-benar acak. Jadi kami belajar bahwa keuntungan kuantum itu nyata – dan komputer kuantum benar-benar akan mengubah dunia. Tapi ini akan terjadi, saat kita menaklukkan mereka – dan jalan panjang yang harus ditempuh. Terutama karena diduga bahwa komputer Google hanya berfungsi karena diciptakan khusus untuk memecahkan masalah khusus yang diberikan kepadanya. Dan tidak ada yang lain.

Komputer kuantum Google

Namun, bahkan jika kita menerima semua skeptisisme ini, itu masih merupakan peristiwa yang patut dicatat. Memecahkan masalah dalam 200 detik yang akan dipikirkan superkomputer tercepat selama seratus abad adalah pencapaian nyata. Tidak sulit membayangkan bagaimana kekuatan komputasi seperti itu dapat mengubah dunia.

Cipher kriptografi yang tidak dapat dipecahkan menjadi sedikit keamanan. Pembelajaran mesin dan kecerdasan buatan akan berkembang pada kecepatan yang tidak terbayangkan. Komputer kuantum dapat secara signifikan mendorong pengembangan teknik, teknologi, dan kedokteran dengan mampu menciptakan simulasi yang menggabungkan molekul individu dalam objek fisik. Siapa tahu, mungkin bahkan antarmuka TV Android akan mulai berjalan dengan lancar. Dan jangan lupa tentang transmisi data kuantum, memungkinkan komunikasi bebas interferensi pada jarak apa pun pada dasarnya.

Prestasi Google memberi harapan bahwa terobosan TI ini akan berlangsung selama masa hidup kita. Siapa tahu, bahkan mungkin dalam dekade berikutnya? Untuk saat ini, bagaimanapun, ini adalah beberapa ratus meter pertama maraton. Ada sesuatu untuk dirayakan, tetapi jalan menuju kemenangan – dan karena itu manfaat nyata – masih jauh.