Komputasi kuantum

Komputasi kuantum adalah jenis komputasi yang operasinya dapat memanfaatkan fenomena mekanika kuantum, seperti superposisi, interferensi, dan keterikatan. Perangkat yang melakukan komputasi kuantum dikenal sebagai komputer kuantum.^[1][2] Meskipun komputer kuantum saat ini terlalu kecil untuk mengungguli komputer biasa (klasik) untuk aplikasi praktis, realisasi yang lebih besar diyakini mampu memecahkan masalah komputasi tertentu, seperti faktorisasi bilangan bulat (yang mendasari enkripsi RSA), yang secara substansial lebih cepat daripada komputer klasik. Studi tentang komputasi kuantum adalah subbidang ilmu informasi kuantum.

Ada beberapa model komputasi kuantum, dengan sirkuit kuantum adalah yang paling banyak digunakan. Model lain termasuk mesin Turing kuantum, anil kuantum, dan komputasi kuantum adiabatik. Sebagian besar model didasarkan pada bit kuantum, atau "qubit," yang agak analog dengan bit dalam komputasi klasik. Qubit dapat berada dalam keadaan kuantum 1 atau 0, atau dalam superposisi dari keadaan 1 dan 0. Namun, ketika diukur, selalu 0 atau 1; probabilitas salah satu hasil tergantung pada keadaan kuantum qubit tepat sebelum pengukuran. Salah satu model yang tidak menggunakan qubit adalah komputasi kuantum variabel kontinu.

Upaya untuk membangun komputer kuantum fisik berfokus pada teknologi seperti transmon, perangkap ion, dan komputer kuantum topologi, yang bertujuan untuk menciptakan qubit berkualitas tinggi.^[3] Qubit ini dapat dirancang secara berbeda, tergantung pada model komputasi komputer kuantum penuh, apakah gerbang logika kuantum, anil kuantum, atau komputasi kuantum adiabatik digunakan. Saat ini ada sejumlah kendala signifikan untuk membangun komputer kuantum yang berguna. Sangat sulit untuk mempertahankan keadaan kuantum qubit, karena mereka mengalami dekoherensi kuantum. Oleh karena itu, komputer kuantum memerlukan koreksi kesalahan.^[4][5]

Setiap masalah komputasi yang dapat diselesaikan oleh komputer klasik juga dapat diselesaikan oleh komputer kuantum.^[6] Sebaliknya, setiap masalah yang dapat diselesaikan oleh komputer kuantum juga dapat diselesaikan oleh komputer klasik, setidaknya pada prinsipnya diberikan waktu yang cukup. Dengan kata lain, komputer kuantum mematuhi tesis Church–Turing. Hal ini berarti bahwa meskipun komputer kuantum tidak memberikan keuntungan tambahan dibandingkan komputer klasik dalam hal komputasi, algoritma kuantum untuk masalah tertentu memiliki kompleksitas waktu yang jauh lebih rendah daripada algoritma klasik yang diketahui terkait. Khususnya, komputer kuantum diyakini dapat dengan cepat memecahkan masalah tertentu yang tidak dapat dipecahkan oleh komputer klasik dalam jumlah waktu yang layak—suatu prestasi yang dikenal sebagai "supremasi kuantum." Studi tentang masalah kompleksitas komputasi sehubungan dengan komputer kuantum dikenal sebagai teori kompleksitas kuantum.

Komputasi kuantum dimulai pada tahun 1980 ketika fisikawan Paul Benioff mengusulkan model mekanika kuantum dari mesin Turing.^[7] Richard Feynman dan Yuri Manin kemudian menyatakan bahwa komputer kuantum memiliki potensi untuk mensimulasikan hal-hal yang tidak dapat dilakukan oleh komputer klasik.^[8][9] Pada tahun 1986, Feynman memperkenalkan versi awal dari notasi sirkuit kuantum.^[10] Pada tahun 1994, Peter Shor mengembangkan algoritma kuantum untuk menemukan faktor prima dari bilangan bulat dengan potensi untuk mendekripsi komunikasi terenkripsi RSA.^[11] Pada tahun 1998, Isaac Chuang, Neil Gershenfeld, dan Mark Kubinec menciptakan komputer kuantum dua qubit pertama yang dapat melakukan komputasi.^[12][13] Terlepas dari kemajuan eksperimental yang berkelanjutan sejak akhir 1990-an, sebagian besar peneliti percaya bahwa "komputasi kuantum yang toleran terhadap kesalahan [masih] merupakan mimpi yang agak jauh."^[14] Pada tahun 2015, studi Universitas Duke^[15][16] memperkirakan bahwa hampir 3 juta qubit komputer kuantum yang toleran terhadap kesalahan besar dapat memfaktorkan bilangan bulat 2.048-bit dalam lima bulan.

Dalam beberapa tahun terakhir, investasi dalam penelitian komputasi kuantum telah meningkat di sektor publik dan privat.^[17][18] Pada 23 Oktober 2019, Google AI, bekerja sama dengan Administrasi Penerbangan dan Antariksa Nasional AS (NASA), mengklaim telah melakukan komputasi kuantum yang tidak dapat dilakukan pada komputer klasik mana pun,^[19][20][21] tetapi apakah klaim ini valid atau masih valid adalah topik penelitian aktif.^[22][23] Pada bulan Desember 2021, analisis McKinsey & Company menyatakan bahwa ".. dolar investasi mengalir masuk, dan perusahaan rintisan komputasi kuantum bertambah banyak." Mereka melanjutkan dengan melihat bahwa "Sementara komputasi kuantum menjanjikan untuk membantu perusahaan memecahkan masalah yang berada di luar jangkauan dan kecepatan komputer konvensional berperforma tinggi, kasus penggunaannya sebagian besar bersifat eksperimental dan hipotetis pada tahap awal ini."^[24]

Wikimedia Commons memiliki media mengenai Quantum computer.

Wikiversity memiliki bahan belajar tentang Quantum computing

• Ensiklopedia Filsafat Stanford: "Komputasi Kuantum" oleh Amit Hagar dan Michael E. Cuffaro.
• Hazewinkel, Michiel, ed. (2001) [1994], "Komputasi kuantum, teori", Encyclopedia of Mathematics, Springer Science+Business Media B.V. / Kluwer Academic Publishers, ISBN 978-1-55608-010-4 
• Komputasi kuantum untuk yang sangat ingin tahu oleh Andy Matuschak dan Michael Nielsen

• Empat Lektur tentang Komputasi Kuantum yang ditawarkan di Universitas Oxford pada bulan Juli 2006
• Komputasi kuantum untuk yang tekun – 22 lektur video oleh Michael Nielsen
• Lektur di Institut Henri Poincaré ("slide" dan video)
• Lektur online tentang Pengantar Komputasi Kuantum oleh Edward Gerjuoy (2008)
• Lektur Video oleh David Deutsch