Komputer kuantum menjanjikan kemampuan untuk mengatasi masalah yang kompleks, seperti decoding komunikasi terenkripsi dan mengembangkan obat farmasi baru, jauh lebih cepat daripada mesin konvensional bisa. Tapi sampai saat ini, komputer kuantum hanya telah digunakan untuk mengatasi masalah-masalah tertentu, terutama untuk menunjukkan bagaimana mereka bekerja.
Sekarang, para ilmuwan telah mengusulkan cara baru untuk membangun sebuah komputer kuantum menggunakan microwave untuk mengontrol atom individu, dan mereka mengatakan metode baru menawarkan cetak biru untuk sebuah mesin komputasi yang lebih berguna.
"Kami menggunakan beberapa konsep baru yang sangat menyederhanakan bagaimana membangun komputer kuantum," kata Winfried Hensinger, direktur Ion Quantum Technology Group di University of Sussex di Inggris. Hensinger memimpin studi baru yang menguraikan desain. [Top 10 Revolusi Komputer]
Komputer kuantum akan terdiri dari persimpangan yang mengontrol pergerakan atom bermuatan, yang disebut ion. Sebanyak 1.296 sambungan bisa fit ke sebuah wafer silikon konvensional 3.5-inch (9 cm), dan wafer bisa dikaitkan, memungkinkan untuk komputer dengan banyak bit kuantum yang diperlukan. Sebaliknya, komputer kuantum saat ini memiliki, paling banyak, selusin bit.
Quantum komputer tidak bekerja dengan cara yang sama mesin biasa dilakukan. Dalam komputer khas, bit dikodekan dalam jutaan sirkuit kecil dan memiliki nilai 1 atau 0. dalam komputer kuantum, bit, yang disebut qubit, dikodekan oleh keadaan kuantum dari atom bersemangat, dan dapat 1, 0 atau nilai di antara.
Qubit dapat melakukan ini karena mekanika kuantum memungkinkan superposisi negara; partikel adalah tidak pernah benar-benar dalam satu negara atau yang lain sampai dia diamati, yang berarti bahwa ia harus berinteraksi dengan cara yang terukur dengan dunia luar. Superposisi tidak berarti bahwa negara hanya terlihat; itu benar-benar dapat eksis sebagai keduanya sekaligus. Karena qubit berada di lebih dari satu negara sekaligus, komputer kuantum secara efektif bisa mengatasi banyak perhitungan secara bersamaan.
Superposisi, meskipun, juga mengapa komputer kuantum sulit untuk membangun. Ion-ion di negara-negara mereka tersuperposisi tidak pernah bisa menyentuh apa pun dari luar. Bahkan panas liar dapat membuat ion "runtuh" menjadi satu negara, yang menghilangkan kemampuan qubit 'untuk melakukan semua perhitungan tersebut, menurut para peneliti.
Gelombang mikro berseri-seri di dua ion karena mereka bertemu, dan mereka terjerat. Itu berarti bahwa apapun yang terjadi pada salah satu ion akan tercermin langsung di kedua. Di sinilah 1 atau 0 nilai dikodekan, tetapi nilai tidak diketahui. Mengubah medan magnet lagi bergerak ion data kembali ke "persimpangan jalan," di mana ternyata pergi ke elektroda ketiga, yang disebut zona deteksi. Pada saat itu, laser memukul ion dan mengungkapkan negaranya - 1 atau 0.
Dengan ribuan persimpangan ini melekat satu sama lain, para ilmuwan bisa membangun sebuah komputer kuantum yang benar, menurut penelitian ini. Hensinger dan rekan-rekannya membayangkan modul dari 2,2 juta sambungan, sekitar 14 kaki (4,3 meter) di sisi, melekat satu sama lain. Seribu modul tersebut akan menjadi ukuran lapangan sepak bola dan memiliki 2 miliar ion, mewakili sekitar sebanyak qubit, kata para peneliti.
Ini penggunaan microwave dan medan magnet yang membuat desain lebih mudah untuk meningkatkan, Hensinger kepada Live Science.
"Secara tradisional, Anda menggunakan laser untuk mengeksekusi gerbang kuantum," katanya. "Tapi untuk membuat komputer dengan banyak qubit, Anda memerlukan miliar sinar laser." Ini adalah tidak praktis, sehingga timnya berusaha cara lain.
Lainnya kuantum komputer desain ion trap pada suhu mendekati nol mutlak, terdingin suhu teoritis mungkin (minus 459,67 derajat Fahrenheit atau minus 273,15 derajat Celcius). Hensinger mengatakan mesin dapat beroperasi suhu yang jauh lebih tinggi, sekitar minus 351 derajat F (minus 213 derajat C), menggunakan nitrogen cair sebagai pendingin.
Jenis ini komputer kuantum bisa faktor nomor 617 digit dalam 110 hari, menurut penelitian ini. jumlah besar seperti yang digunakan dalam enkripsi untuk banyak komunikasi di web. (Bertentangan dengan mitos populer, komputer kuantum tidak akan mencoba setiap faktor tunggal, melainkan akan menemukan jalan pintas yang memungkinkan komputer biasa untuk lebih mudah menghitung faktor Anda ingin menghasilkan sejumlah besar Anda.)
DigiCert, sebuah perusahaan yang berbasis di AS yang menyediakan sertifikat digital untuk komunikasi yang aman umum, mengatakan pada situs web yang bahkan 1.000 komputer desktop bekerja sama akan memakan waktu lebih lama dari umur alam semesta untuk mencocokkan prestasi yang.
Membuat kemajuan
Christopher Monroe, seorang profesor fisika di University of Maryland Bersama Quantum Institute, yang telah bekerja pada desain kuantum-komputasi, mengatakan ia menyukai ide ditata untuk komputer kuantum ini karena modul tidak bergantung pada teknologi eksotis - semuanya di kertas dapat dibangun saat ini. Di sisi lain, benar-benar membangun komputer kuantum akan menjadi tantangan nyata, ia menambahkan.
Salah satu masalah adalah ukuran tipis dari mesin; penelitian mencatat bahwa itu akan mengukur lebih dari 300 kaki (91 m) di sisi jika ingin memiliki 2 miliar bit.
Meski begitu, Monroe mengatakan studi ini mengambil bacokan di mengatasi masalah bahwa penelitian sebelumnya tidak. Misalnya, Hensinger dan timnya mempelajari masalah menjaga komputer cukup dingin untuk beroperasi dengan andal, karena panas dapat merusak qubit.
"Laser dan kabel yang membawa arus untuk membuat medan magnet yang babi panas nyata," kata Monroe, dan dilengkapi sistem pendingin adalah ide yang bagus.
Desain seperti ini adalah bergerak ke arah rekayasa nyata, kata Bill Munro, yang mengepalai Teoritis Quantum Fisika Research Group di perusahaan telekomunikasi Jepang NTT. Namun, beberapa tantangan akan tetap, katanya.
"Ada perbedaan besar antara teori dan desain dan benar-benar membangun," kata Munro. Namun, kesederhanaan desain membuatnya masuk akal, tambahnya. "Kuncinya adalah tidak melakukan miliar [qubit]. Anda menghasilkan satu, kemudian 10, atau 100. Ini semacam sesuatu yang belum pernah kita miliki."
Studi baru ini diterbitkan online hari ini (1 Februari) di jurnal Science muka.
Sekarang, para ilmuwan telah mengusulkan cara baru untuk membangun sebuah komputer kuantum menggunakan microwave untuk mengontrol atom individu, dan mereka mengatakan metode baru menawarkan cetak biru untuk sebuah mesin komputasi yang lebih berguna.
Komputer kuantum akan terdiri dari persimpangan yang mengontrol pergerakan atom bermuatan, yang disebut ion. Sebanyak 1.296 sambungan bisa fit ke sebuah wafer silikon konvensional 3.5-inch (9 cm), dan wafer bisa dikaitkan, memungkinkan untuk komputer dengan banyak bit kuantum yang diperlukan. Sebaliknya, komputer kuantum saat ini memiliki, paling banyak, selusin bit.
Quantum komputer tidak bekerja dengan cara yang sama mesin biasa dilakukan. Dalam komputer khas, bit dikodekan dalam jutaan sirkuit kecil dan memiliki nilai 1 atau 0. dalam komputer kuantum, bit, yang disebut qubit, dikodekan oleh keadaan kuantum dari atom bersemangat, dan dapat 1, 0 atau nilai di antara.
Qubit dapat melakukan ini karena mekanika kuantum memungkinkan superposisi negara; partikel adalah tidak pernah benar-benar dalam satu negara atau yang lain sampai dia diamati, yang berarti bahwa ia harus berinteraksi dengan cara yang terukur dengan dunia luar. Superposisi tidak berarti bahwa negara hanya terlihat; itu benar-benar dapat eksis sebagai keduanya sekaligus. Karena qubit berada di lebih dari satu negara sekaligus, komputer kuantum secara efektif bisa mengatasi banyak perhitungan secara bersamaan.
Superposisi, meskipun, juga mengapa komputer kuantum sulit untuk membangun. Ion-ion di negara-negara mereka tersuperposisi tidak pernah bisa menyentuh apa pun dari luar. Bahkan panas liar dapat membuat ion "runtuh" menjadi satu negara, yang menghilangkan kemampuan qubit 'untuk melakukan semua perhitungan tersebut, menurut para peneliti.
- Desain baru
Gelombang mikro berseri-seri di dua ion karena mereka bertemu, dan mereka terjerat. Itu berarti bahwa apapun yang terjadi pada salah satu ion akan tercermin langsung di kedua. Di sinilah 1 atau 0 nilai dikodekan, tetapi nilai tidak diketahui. Mengubah medan magnet lagi bergerak ion data kembali ke "persimpangan jalan," di mana ternyata pergi ke elektroda ketiga, yang disebut zona deteksi. Pada saat itu, laser memukul ion dan mengungkapkan negaranya - 1 atau 0.
Dengan ribuan persimpangan ini melekat satu sama lain, para ilmuwan bisa membangun sebuah komputer kuantum yang benar, menurut penelitian ini. Hensinger dan rekan-rekannya membayangkan modul dari 2,2 juta sambungan, sekitar 14 kaki (4,3 meter) di sisi, melekat satu sama lain. Seribu modul tersebut akan menjadi ukuran lapangan sepak bola dan memiliki 2 miliar ion, mewakili sekitar sebanyak qubit, kata para peneliti.
Ini penggunaan microwave dan medan magnet yang membuat desain lebih mudah untuk meningkatkan, Hensinger kepada Live Science.
"Secara tradisional, Anda menggunakan laser untuk mengeksekusi gerbang kuantum," katanya. "Tapi untuk membuat komputer dengan banyak qubit, Anda memerlukan miliar sinar laser." Ini adalah tidak praktis, sehingga timnya berusaha cara lain.
Lainnya kuantum komputer desain ion trap pada suhu mendekati nol mutlak, terdingin suhu teoritis mungkin (minus 459,67 derajat Fahrenheit atau minus 273,15 derajat Celcius). Hensinger mengatakan mesin dapat beroperasi suhu yang jauh lebih tinggi, sekitar minus 351 derajat F (minus 213 derajat C), menggunakan nitrogen cair sebagai pendingin.
Jenis ini komputer kuantum bisa faktor nomor 617 digit dalam 110 hari, menurut penelitian ini. jumlah besar seperti yang digunakan dalam enkripsi untuk banyak komunikasi di web. (Bertentangan dengan mitos populer, komputer kuantum tidak akan mencoba setiap faktor tunggal, melainkan akan menemukan jalan pintas yang memungkinkan komputer biasa untuk lebih mudah menghitung faktor Anda ingin menghasilkan sejumlah besar Anda.)
DigiCert, sebuah perusahaan yang berbasis di AS yang menyediakan sertifikat digital untuk komunikasi yang aman umum, mengatakan pada situs web yang bahkan 1.000 komputer desktop bekerja sama akan memakan waktu lebih lama dari umur alam semesta untuk mencocokkan prestasi yang.
Membuat kemajuan
Christopher Monroe, seorang profesor fisika di University of Maryland Bersama Quantum Institute, yang telah bekerja pada desain kuantum-komputasi, mengatakan ia menyukai ide ditata untuk komputer kuantum ini karena modul tidak bergantung pada teknologi eksotis - semuanya di kertas dapat dibangun saat ini. Di sisi lain, benar-benar membangun komputer kuantum akan menjadi tantangan nyata, ia menambahkan.
Salah satu masalah adalah ukuran tipis dari mesin; penelitian mencatat bahwa itu akan mengukur lebih dari 300 kaki (91 m) di sisi jika ingin memiliki 2 miliar bit.
Meski begitu, Monroe mengatakan studi ini mengambil bacokan di mengatasi masalah bahwa penelitian sebelumnya tidak. Misalnya, Hensinger dan timnya mempelajari masalah menjaga komputer cukup dingin untuk beroperasi dengan andal, karena panas dapat merusak qubit.
"Laser dan kabel yang membawa arus untuk membuat medan magnet yang babi panas nyata," kata Monroe, dan dilengkapi sistem pendingin adalah ide yang bagus.
Desain seperti ini adalah bergerak ke arah rekayasa nyata, kata Bill Munro, yang mengepalai Teoritis Quantum Fisika Research Group di perusahaan telekomunikasi Jepang NTT. Namun, beberapa tantangan akan tetap, katanya.
"Ada perbedaan besar antara teori dan desain dan benar-benar membangun," kata Munro. Namun, kesederhanaan desain membuatnya masuk akal, tambahnya. "Kuncinya adalah tidak melakukan miliar [qubit]. Anda menghasilkan satu, kemudian 10, atau 100. Ini semacam sesuatu yang belum pernah kita miliki."
Studi baru ini diterbitkan online hari ini (1 Februari) di jurnal Science muka.