10 Implikasi Luar Biasa Dari Teknologi Quantum

Konsensus dalam komunitas ilmiah adalah bahwa komputer kuantum yang berfungsi penuh pertama akan siap dalam waktu kira-kira sepuluh tahun — sebuah peristiwa yang begitu signifikan sehingga banyak ahli menyerukan penghitungan mundur ke Y2Q: "tahun menuju kuantum".

Kebanyakan orang setidaknya agak akrab dengan ide-ide dasar mekanika kuantum mengidentifikasi bidang dengan "keanehan" umum yang bahkan oleh fisikawan kuantum paling berpengalaman pun bingung. Pikiran dipenuhi dengan penglihatan tentang orang-orang yang berjalan menembus tembok, perjalanan waktu, dan ketidakpastian umum yang mengancam untuk mencabut persepsi kita yang paling mendarah daging tentang kebenaran dan kenyataan. Pengukuran standar menjadi tidak berarti.

Mengingat kekuatan potensial yang sangat besar dari teknologi kuantum, tidak perlu dikatakan lagi bahwa mereka yang memiliki teknologi ini di masa depan akan memiliki keuntungan besar dibandingkan mereka yang tidak — dalam bidang politik, keuangan, keamanan, dan banyak lagi. Perusahaan seperti Amazon, Microsoft, dan Intel sangat ingin menerapkan "kriptografi aman kuantum", karena perusahaan ini (belum lagi pemerintah nasional) khawatir bahwa peretas yang menggunakan kekuatan kuantum dapat menyebabkan kejatuhan perusahaan mereka.

Dan karena kita dapat mengatakan dengan sangat pasti bahwa komputasi kuantum akan segera bertahan, ada baiknya memahami apa sebenarnya artinya ini untuk masa depan, dan kemungkinan baru yang luar biasa (dan terkadang menakutkan) yang akan dibawa oleh teknologi kuantum.

Berikut adalah sepuluh implikasi luar biasa dari teknologi kuantum.

10. Peningkatan Kecepatan Komputasi Secara Eksponensial

Pertama, pengantar (sangat) singkat: Komputer yang Anda baca ini beroperasi pada teknologi dasar yang sama dengan yang digunakan hampir setiap komputer di dunia saat ini. Ini adalah dunia biner yang terbatas, di mana data dikodekan menjadi bit — biasanya disebut sebagai 0 atau 1 — yang hanya dapat ada di salah satu dari dua status terbatas (aktif atau nonaktif). Komputasi kuantum, di sisi lain, menggunakan "qubit", yang dapat eksis dalam jumlah status yang praktis tak terbatas secara bersamaan. (Secara umum, n qubit dapat berada di 2 ^ n status berbeda secara bersamaan.)

Jika komputer "biasa" diberi urutan tiga puluh 0 dan 1, ada kira-kira satu miliar nilai yang mungkin dari urutan itu — dan komputer yang menggunakan bit biasa harus melalui setiap kombinasi secara individual, membutuhkan banyak waktu dan memori . Komputer kuantum, di sisi lain, akan dapat "melihat" sekaligus — secara drastis mengurangi waktu dan tenaga komputasi.

Faktanya, komputer kuantum akan dapat menyelesaikan dalam hitungan detik, perhitungan yang akan memakan waktu ribuan tahun bagi superkomputer terbaik saat ini.

9. Menemukan Obat Baru dan Lebih Efektif

Pengurutan DNA muncul sebagian berkat peningkatan tajam dalam daya komputasi, seperti yang diprediksikan oleh Hukum Moore. Sekarang, kita akan memasuki era perawatan kesehatan yang sama sekali baru berkat komputasi kuantum.

Meskipun ada sejumlah besar obat yang mengesankan di pasaran, kecepatan produksinya, serta keefektifannya dalam mengobati penyakit tertentu, ternyata sangat terbatas. Bahkan dengan peningkatan kecepatan dan keakuratan baru-baru ini, peningkatan ini murni peningkatan karena keterbatasan komputer standar. 

Dengan organisme serumit tubuh manusia, ada banyak cara obat dapat bereaksi terhadap lingkungannya. Selain itu, keragaman genetik yang tidak terbatas pada tingkat molekuler, dan hasil potensial untuk perawatan obat non-spesifik meroket menjadi miliaran.

Hanya komputer kuantum yang memiliki kemampuan untuk memeriksa setiap skenario yang mungkin terkait interaksi obat dan tidak hanya menyajikan rencana tindakan terbaik tetapi juga peluang keberhasilan individu dengan obat tertentu — melalui kombinasi yang lebih akurat dan dipercepat serta pemahaman yang lebih ketat dari pelipatan protein.

Inovasi yang sama ini — terutama mengenai pelipatan protein — juga pasti akan mengarah pada pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana kehidupan berfungsi secara umum, yang selanjutnya akan mengarah pada perawatan yang jauh lebih tepat, obat-obatan yang lebih baik, dan hasil yang lebih baik. 

8. Keamanan Tanpa Batas

Selain memfasilitasi lompatan besar dalam kedokteran, teknologi kuantum juga menghadirkan kemungkinan penghalang keamanan dunia maya yang hampir tidak dapat dipecahkan dan komunikasi jarak jauh yang sangat aman.

Di dalam dunia keanehan kuantum, terdapat fenomena yang dikenal sebagai "keterjeratan kuantum", di mana dua atau lebih partikel terhubung secara misterius, terlepas dari media yang ada di antara mereka dan tanpa sinyal yang dapat diidentifikasi. Inilah yang sering disebut Einstein sebagai "aksi seram dari kejauhan". Dan karena tidak ada media nyata yang melaluinya kedua partikel ini berkomunikasi, sinyal yang dikodekan menggunakan partikel yang terjerat tidak mungkin dicegat. Ilmu yang dibutuhkan untuk teknologi ini masih terbelakang; namun, komunikasi semacam itu akan berdampak besar pada keamanan swasta dan nasional.

Kecepatan komputasi yang meningkat secara drastis juga akan membantu peningkatan keamanan siber, karena kekuatan pemrosesan komputer kuantum yang secara eksponensial lebih besar akan memungkinkan mereka untuk menahan bahkan metode peretasan yang paling canggih, melalui enkripsi kuantum. “Komputasi kuantum pasti akan diterapkan di mana pun kami menggunakan pembelajaran mesin, komputasi awan, analisis data,” kata Kevin Curran, peneliti keamanan siber di Ulster University. "Dalam keamanan, itu [berarti] deteksi intrusi, mencari pola dalam data, dan bentuk komputasi paralel yang lebih canggih." Komputer kuantum pada dasarnya akan mampu mengantisipasi “pergerakan” dari jutaan — mungkin milyaran — langkah ke depan.

7. Peretasan Tanpa Batas

Tentu saja, dengan kekuatan besar datang tanggung jawab besar, dan kekuatan kuantum yang sama yang akan memungkinkan enkripsi dibawa ke tingkat yang baru berpotensi memungkinkan peretas dengan mudah mengungkap langkah-langkah keamanan paling rumit yang diterapkan oleh mesin yang relatif primitif. 

Teknik kriptografi yang paling rumit saat ini cenderung didasarkan pada masalah matematika yang luar biasa sulit. Dan sementara masalah ini cukup untuk menghalangi sebagian besar superkomputer biner, mereka akan dengan mudah dipecahkan oleh komputer kuantum. Kemampuan komputer kuantum untuk menemukan pola dalam kumpulan data yang sangat besar dengan kecepatan luar biasa akan memungkinkan mereka untuk memfaktorkan sejumlah besar (suatu prestasi yang mungkin tetap menjadi penghalang terbesar bagi peretas), yang hanya dapat dilakukan oleh komputer saat ini dengan mencoba opsi demi opsi sampai satu "cocok. ” Dengan qubit dan, semua opsi yang memungkinkan akan dapat diuji secara bersamaan.

Memang, butuh kira-kira dua tahun dan ratusan komputer bekerja secara bersamaan untuk membuka kunci satu contoh algoritma RSA-768 (yang memiliki dua faktor prima dan membutuhkan kunci yang panjangnya tujuh ratus enam puluh delapan bit). Komputer kuantum akan dapat menyelesaikan tugas yang sama dalam sepersekian detik.

6. Jam atom dan deteksi objek yang disetel dengan baik

Jam atom tidak hanya digunakan untuk membantu pengatur waktu sehari-hari. Mereka adalah komponen penting dari banyak teknologi saat ini, termasuk sistem GPS dan teknologi komunikasi. 

Orang biasanya tidak menganggap jam atom membutuhkan lebih banyak penyetelan. Jam atom paling akurat beroperasi dengan memanfaatkan osilasi gelombang mikro yang dipancarkan elektron saat mereka mengubah tingkat energi. Dan atom yang digunakan dalam jam didinginkan hampir seluruhnya hingga nol absolut — memungkinkan waktu probe gelombang mikro lebih lama dan selanjutnya lebih akurat. 

Namun, jam atom baru yang menggunakan teknologi kuantum modern akan sangat akurat sehingga dapat digunakan sebagai pendeteksi objek yang sangat presisi — merasakan perubahan sangat kecil dalam gravitasi, medan magnet, medan listrik, gaya, gerakan, suhu, dan fenomena lainnya. yang secara alami berfluktuasi di hadapan materi. Perubahan ini kemudian akan direfleksikan oleh. (Ingatlah bahwa ruang, materi, dan waktu saling terkait erat.)

Deteksi yang disetel dengan baik ini akan membantu dalam identifikasi dan pemindahan objek bawah tanah, melacak kapal selam jauh di bawah permukaan laut, dan bahkan akan membuat navigasi dan mengemudi otomatis jauh lebih akurat, karena perangkat lunak akan dapat lebih baik membedakan antara mobil dan lainnya. benda. 

Seperti yang dikatakan David Delpy, pemimpin Dewan Penasihat Ilmiah Pertahanan di kementerian pertahanan Inggris, "Anda tidak bisa."

5. Pasar Keuangan

Dalam dunia keuangan yang saling berhubungan, kecepatan adalah yang paling penting. Dan secara mengejutkan, sejumlah besar masalah yang dihadapi oleh industri keuangan (banyak di antaranya berasal dari kurangnya kecepatan komputasi) tetap tidak dapat diselesaikan. Bahkan komputer "biasa" yang paling kuat yang menggunakan 0 dan 1 tidak mampu memperkirakan secara kasar peristiwa keuangan dan ekonomi di masa depan, dan tidak dapat memecahkan masalah yang sangat kompleks yang berkaitan dengan penetapan harga opsi di pasar yang berubah dengan cepat dan berkembang.

Misalnya, banyak opsi saham mensyaratkan yang bergantung pada jalur — artinya pembayaran opsi pada akhirnya ditentukan oleh jalur harga aset yang mendasarinya. Mencoba memetakan dan mengantisipasi setiap kemungkinan "jalur" untuk sebuah opsi adalah tugas yang terlalu berat untuk mesin saat ini. Namun, mengingat kecepatan dan kelincahannya, komputer kuantum secara teoritis akan dapat mengidentifikasi opsi saham dengan harga yang salah dan mengeksploitasinya untuk keuntungan pemiliknya sebelum pasar bergeser dengan cara yang berarti.

Kekuatan semacam ini, tentu saja, dapat mendatangkan malapetaka di pasar dan sangat menguntungkan minoritas perusahaan yang memiliki dan mengoperasikan superkomputer — dengan mengorbankan pedagang individu dan perusahaan yang tidak dapat membeli teknologi semacam itu. 

4. Memetakan Pikiran Manusia

Untuk semua kemajuan luar biasa yang telah terjadi di bidang ilmu saraf dan kognisi selama beberapa dekade terakhir, para ilmuwan masih sangat sedikit mengetahui tentang bagaimana pikiran bekerja. Namun, satu hal yang kita ketahui adalah bahwa otak manusia adalah salah satu entitas paling kompleks di alam semesta yang diketahui, dan untuk benar-benar memahami semua yang ditawarkannya akan membutuhkan jenis kekuatan komputasi baru.

Otak manusia terdiri dari sekitar 86 miliar neuron — sel yang mengkomunikasikan sedikit informasi dengan menembakkan muatan listrik yang cepat. Dan sementara penopang listrik otak manusia cukup dipahami dengan baik, pikiran tetap menjadi misteri. “Tantangannya,” kata ahli saraf Prof Rafael Yuste dari Universitas Columbia, “tepatnya bagaimana beralih dari substrat fisik sel yang terhubung di dalam organ ini, ke dunia mental kita, pikiran kita, ingatan kita, perasaan kita.”

Dan dalam upaya mereka untuk memahami pikiran, ahli saraf sangat bergantung pada analogi komputer, karena otak mengubah data sensorik dan masukan menjadi keluaran yang relatif dapat diprediksi. Dan cara apa yang lebih baik untuk memahami cara kerja komputer selain dengan komputer?

Bagi Dr. Ken Hayworth, seorang ahli saraf yang memetakan irisan otak tikus, “untuk menggambarkan seluruh otak lalat, kita membutuhkan waktu sekitar satu hingga dua tahun. Ide untuk memetakan seluruh otak manusia dengan teknologi yang kita miliki saat ini tidak mungkin terjadi ”tanpa kekuatan.

3. Menemukan Planet yang Jauh

Tidak mengherankan bahwa komputasi kuantum akan sangat berguna dalam hal eksplorasi ruang angkasa, yang seringkali membutuhkan analisis kumpulan data yang sangat besar. Menggunakan prosesor kuantum yang didinginkan hingga 20 milikelvin (mendekati nol absolut), ilmuan NASA berencana menggunakan komputasi kuantum untuk memecahkan masalah pengoptimalan yang sangat kompleks yang melibatkan miliaran potongan data.

Misalnya, ilmuwan NASA akan dapat memanfaatkan fluktuasi kecil dalam gelombang kuantum untuk mendeteksi perbedaan panas jarak jauh yang dipancarkan oleh permulaan yang tidak terlihat, dan bahkan mungkin lubang hitam.

NASA telah menggunakan prinsip umum komputasi kuantum untuk mengembangkan metode perjalanan luar angkasa yang lebih aman dan efisien — terutama dalam hal pengiriman robot ke luar angkasa. NASA cenderung merencanakan ruang angkasa mereka kira-kira sepuluh tahun sebelumnya, dan tujuan mereka adalah menggunakan pengoptimalan kuantum untuk membuat ramalan super akurat tentang apa yang akan terjadi selama misi — untuk mengantisipasi setiap kemungkinan hasil dan kemudian membuat rencana kontingensi untuk masing-masing. (sekali lagi, menggunakan strategi pengoptimalan).

Perencanaan misi robot yang lebih hati-hati dan tepat juga akan menghasilkan penggunaan baterai yang lebih efisien, yang merupakan salah satu faktor pembatas utama dalam misi ruang angkasa robotik.

2. Genetika

Penyelesaian Proyek Genom Manusia pada tahun 2003, melahirkan era baru dalam kedokteran. Berkat pemahaman menyeluruh tentang genom manusia, kami dapat menyesuaikan perawatan kompleks secara khusus dengan kebutuhan spesifik individu.

Terlepas dari seberapa banyak yang kita ketahui tentang seluk-beluk DNA manusia, secara mengejutkan kita masih sedikit mengetahui tentang protein yang dikodekan oleh DNA. 

Masuk ke komputasi kuantum, yang secara teoritis memungkinkan kita untuk “memetakan protein” dengan cara yang sama seperti kita memetakan gen. Faktanya, komputasi kuantum juga akan memungkinkan kita untuk memodelkan interaksi molekuler yang kompleks pada tingkat atom, yang akan sangat berharga dalam hal merintis penelitian medis dan farmasi baru. Kami akan dapat memodelkan lebih dari 20.000 protein dan mensimulasikan interaksinya dengan sejumlah besar obat yang berbeda (bahkan obat yang belum ditemukan) dengan akurasi yang tepat. Analisis interaksi ini (lagi-lagi dibantu oleh komputasi kuantum dan algoritme pengoptimalan lanjutan) kemungkinan akan membawa kita ke pengobatan baru untuk saat ini.

Kecepatan komputasi kuantum juga akan membantu dalam penggunaan dan analisis "titik-titik kuantum" —kristal nano semikonduktor kecil yang panjangnya hanya beberapa nanometer yang saat ini digunakan di garis depan deteksi dan pengobatan kanker.

Selain itu, komputer kuantum dapat menentukan apakah mutasi pada DNA — yang saat ini diyakini terjadi — benar-benar terjadi karena fluktuasi kuantum.

1. Ilmu dan Teknik Material

Tidak perlu dikatakan lagi bahwa komputasi kuantum memiliki implikasi besar-besaran untuk bidang ilmu dan teknik material karena kekuatan komputasi kuantum paling cocok untuk penemuan baru di tingkat atom.

Kekuatan komputasi kuantum akan memungkinkan pemanfaatan model yang semakin canggih yang akan memetakan bagaimana molekul berkumpul dan mengkristal untuk membentuk material baru. Penemuan semacam itu yang mengarah pada penciptaan bahan baru kemudian akan mengarah pada penciptaan struktur baru, dengan implikasi dalam bidang energi, pengendalian polusi, dan obat-obatan.

“Ketika seorang ilmuan membangun bendungan atau pesawat terbang, strukturnya pertama kali dirancang dengan menggunakan komputer. Ini sangat sulit pada skala ukuran molekul atau atom, yang sering berkumpul dengan cara yang tidak intuitif, ”jelas Graeme Day, Profesor Pemodelan Kimia di Universitas Southampton. “Sulit untuk mendesain pada skala atom dari awal dan tingkat kegagalan dalam penemuan material baru tinggi. Saat ahli kimia dan fisikawan mencoba menemukan bahan baru, kami sering merasa tidak memiliki peta yang dapat diandalkan. "

Komputasi kuantum akan memberikan "peta yang lebih andal", dengan memungkinkan para ilmuwan untuk mensimulasikan dan menganalisis interaksi atom dengan presisi yang luar biasa, yang pada gilirannya akan mengarah pada penciptaan material yang sama sekali baru dan lebih efisien — tanpa trial and error yang pasti datang bersama mencoba membangun material baru dalam skala yang lebih besar. Ini berarti kita akan dapat menemukan dan membuat superkonduktor yang lebih baik, magnet yang lebih kuat, sumber energi yang lebih baik, dan banyak lagi. [reo.my.id/listverse]

Jangan lupa Follow untuk mengikuti update terbaru dari REO News yang berisi info unik dan update, contohnya seperti 10 Implikasi Luar Biasa Dari Teknologi Quantum.