Prinsip operasi QC/operasi komputer kuantum

By | May 17, 2022
pengertian komputer client,fungsi komputer server,bagaimana membedakan komputer server dan client,mengapa spesifikasi komputer server harus lebih tinggi daripada komputer client,perbedaan user dan client,menurut pendapat kalian, komputer server ideal itu yang seperti apa.? jelaskan!,perbedaan client dan server,sebutkan lima contoh dari perangkat jaringan komputer

Topik komputer kuantum baru-baru ini menjadi sangat populer, dan pembicaraan tentang terobosan dalam teknologi tidak surut, dan bagaimanapun, belum lama ini, keberhasilan penelitian di bidang komputasi kuantum adalah sesuatu yang fantasi. Istilah baru telah masuk ke dalam arus informasi dan sekarang tidak kalah populernya dengan kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin. Meskipun penelitian telah berlangsung selama beberapa dekade, tahun lalu sangat bermanfaat dalam hal pengembangan dan peristiwa penting, ketika IBM membawa dunia komputer kuantum komersial pertama dan Google mengumumkan pencapaian supremasi kuantum.

Penemuan revolusioner dalam fisika modern yang memberikan babak baru perkembangan teknologi komputasi, tanpa berlebihan, dapat mengubah dunia dan membawa manfaat luar biasa bagi umat manusia, jika diterapkan dengan benar. Jika Anda tertarik dengan topik ini dan ingin memahami apa itu komputer kuantum, pada prinsip apa mereka bekerja dan mengapa mereka dibutuhkan sama sekali, maka dalam materi ini kita akan membicarakannya sejelas mungkin, tanpa mempelajari studi kuantum. mekanika dan struktur dunia kuantum.

Apa itu komputer kuantum

Saat ini, tidak perlu diragukan lagi apakah komputer kuantum itu ada. Jika sampai saat ini hanya isapan jempol dari imajinasi para ilmuwan, sekarang telah menjadi objek yang benar-benar nyata, dan kita dapat melihat seperti apa implementasi praktis dari sistem tersebut.

Secara sederhana, apa itu komputer kuantum, itu adalah teknologi komputer yang menggunakan hukum mekanika kuantum dalam pekerjaannya. Sebuah mesin melakukan tugas-tugas tertentu lebih efisien daripada komputer sederhana yang menyimpan data dalam bit.

QC menggunakan algoritma kuantum yang mengeksploitasi efek seperti superposisi dan belitan kuantum. Untuk perhitungan, qubit (partikel kuantum) digunakan, yang mampu berada di dua keadaan sekaligus. Artinya, jika bit mengambil salah satu dari dua nilai yang mungkin – 0 atau 1, maka qubit adalah 0 dan 1, yang memungkinkan QC memproses data dan melakukan tugas matematika ribuan kali lebih cepat dari biasanya. Dia tidak perlu memilah kombinasi, seperti halnya, termasuk superkomputer, sistem kuantum menghitung jawabannya dengan kecepatan kilat. Kemampuan ini membuka pintu untuk memecahkan tugas-tugas yang tidak layak hari ini atau memakan waktu.

Sejarah penciptaan komputer generasi baru dimulai pada tahun 1981, ketika mereka pertama kali berbicara tentang penggunaan sistem kuantum untuk komputasi. Kemudian masih jauh dari implementasi fisik, algoritma kerja pertama untuk QC baru muncul pada tahun 1994, dan mesin 2-qubit pertama dibuat pada tahun 1998 di University of California di Berkeley. Sampel eksperimental telah dibuat selama beberapa dekade oleh tim ilmuwan dari berbagai negara, tetapi kesuksesan terbesar di bidang ini telah dicapai oleh IBM dan Google.

Perlombaan perusahaan terkemuka sedang berjalan lancar. Pada Juni 2020, Honeywell menerima pesan bahwa komputer kuantum paling kuat hingga saat ini telah dibuat. Perusahaan mengklaim bahwa perangkat itu dua kali lebih besar dari sistem kuantum IBM dan Google, memecahkan masalah dalam hitungan menit yang membutuhkan komputer konvensional selama ribuan tahun. Perkembangan Honeywell mengesankan dengan rekor 64 volume kuantum. Inti dari sistem ini adalah bola baja seukuran bola basket, didinginkan oleh helium cair hingga suhu -262,7 ° C. Ini berisi perangkap ion yang terbentuk dari atom, mereka berhenti bergerak di bawah pengaruh suhu rendah dan dikendalikan oleh pulsa laser.

Untuk apa komputer kuantum?

Pemrosesan data dalam jumlah besar yang cepat menggunakan teknologi baru dapat membantu memecahkan banyak masalah dan mempengaruhi berbagai bidang. Misalnya, KK hanya dalam beberapa detik akan mengatasi penguraian angka yang terdiri dari sejumlah besar tanda menjadi faktor prima (prosesnya sendiri tidak rumit, tetapi memakan waktu, inilah yang didasarkan pada kriptografi modern) , dan itu juga akan memecahkan sejumlah masalah serupa. Selain itu, teknologi cocok untuk memodelkan situasi yang kompleks, termasuk menghitung sifat fisik elemen pada tingkat molekuler.

Area utama penerapan komputer kuantum:

  • optimasi global;
  • pemodelan molekul DNA;
  • pembuatan materi baru;
  • pembuatan obat-obatan;
  • meningkatkan pembelajaran mesin;
  • tugas kriptografi dan enkripsi (termasuk memecahkan algoritme enkripsi dan mendapatkan akses ke informasi apa pun).

Pada tahap ini, komputer kuantum dibedakan oleh kompleksitas produksi dan ketidakstabilan kerja, sejauh ini hanya mungkin untuk mengembangkan sistem berkinerja tinggi, dipertajam untuk satu algoritme dan dirancang untuk rentang tugas yang sangat sempit.

Bagaimana komputer kuantum berbeda dari komputer konvensional?

Selama 30 tahun sejak munculnya konsep “komputasi kuantum” perkembangan ilmiah telah memungkinkan sistem komputasi jenis ini menjadi kenyataan, meskipun tidak dapat diakses oleh pengguna rata-rata. Komputer kuantum didasarkan pada perilaku unik yang secara fundamental berbeda dari pekerjaan mesin standar yang biasa kita gunakan dan dijelaskan oleh mekanika kuantum.

Perangkat tersebut mampu memecahkan masalah matematika dalam hitungan detik, yang solusinya pada komputer biasa akan memakan waktu miliaran tahun. Menurut Google, mesin kuantum Sycamore melakukan perhitungan dalam lebih dari tiga menit, di mana superkomputer standar akan berpori selama 10.000 tahun – ini disebut istilah keras “supremasi kuantum”.

Komputer yang akrab, yang akrab bagi setiap orang modern, serta ponsel cerdas, tablet, atau laptop, menyimpan informasi dalam bit yang mengambil nilai 0 atau 1, dan informasi apa pun, baik itu teks atau gambar, dapat diwakili oleh nol. dan yang. Perbedaan mendasar dan keunggulan komputer kuantum adalah pada unit operasi yang digunakan, yang disebut qubit (atau bit kuantum). Sebuah qubit dapat berada dalam keadaan tidak pasti, dengan kata lain, berada dalam keadaan yang berbeda pada saat yang sama, dengan analogi dengan kucing Schrödinger (fenomena superposisi).

Komputer kuantum berkali-kali lebih cepat dan lebih kuat daripada komputer konvensional, sementara itu tidak cocok untuk sebagian besar tugas sehari-hari, karena prinsip operasinya akan sangat berbeda.

Cara kerja komputer masa depan

Sekarang mari kita lihat lebih dekat apa yang terdiri dari sistem teknologi tinggi. Seperti yang telah kita ketahui, unit informasi minimum di komputer biasa adalah bit yang mengambil nilai 1 atau 0 (hidup atau mati), di komputer kuantum ini adalah qubit yang dapat mengambil semua nilai. Dalam hal ini, partikel kuantum bergantung pada pengukuran, yang berarti tidak ada informasi tentang qubit hingga saat pengukurannya, proses pengukuran itu sendiri juga memengaruhi nilai bit kuantum, yang mungkin tampak aneh, tetapi inilah masalahnya. .

Karena sifat qubit ini (kehadiran simultan di semua status sekaligus), hingga saat partikel diukur, komputer akan segera memilah solusi yang mungkin karena koneksi yang ada antara qubit. Jadi, solusinya segera diketahui, segera setelah data awal dimasukkan, yaitu, superposisi menentukan paralelisme komputasi, yang terkadang mempercepat fungsi algoritma.

Perangkat komputer kuantum meliputi:

  • kontrol komputer;
  • generator impuls yang mempengaruhi qubit;
  • daftar status;
  • CPU;
  • perangkat untuk mengukur keadaan qubit.

Untuk pekerjaan antar atom, ikatan kuantum disediakan, dan semakin banyak ikatan membentuk qubit, semakin sedikit stabilitas sistem. Untuk keunggulan kuantum atas komputer standar, setidaknya diperlukan 49 qubit, dan dalam hal ini, stabilitas sistem sudah dipertanyakan. Ketika banyak dependensi dibuat, pengaruh eksternal apa pun dapat memengaruhinya.

Karena kerapuhan ikatan, QC, yang terdiri dari beberapa tingkat dasar, mencakup pendinginan atom hingga hampir nol mutlak, yang memungkinkan untuk melindungi dari proses eksternal, untuk alasan ini, perangkat dengan perlindungan kuantum yang disediakan prosesor memakan banyak ruang.

Prinsip operasi QC

Skema pengoperasian komputer, laptop, smartphone atau tablet yang biasa, menggunakan prinsip digital, didasarkan pada penggunaan algoritma klasik, yang secara fundamental berbeda dari prinsip pengoperasian komputer kuantum. Jadi, komputer biasa akan menunjukkan hasil yang sama, terlepas dari berapa kali perhitungan dijalankan, opsi dihitung secara berurutan.

Komputer kuantum menggunakan prinsip operasi probabilistik yang sama sekali berbeda. Dalam arti, sistem sudah berisi semua solusi yang mungkin. Hasil perhitungan adalah jawaban yang paling probabilistik, dan bukan jawaban yang tidak ambigu, sementara dengan setiap peluncuran berikutnya dari algoritma kuantum, kemungkinan mendapatkan jawaban yang benar tumbuh, yang berarti bahwa setelah 3-4 lari cepat Anda dapat yakin bahwa kami telah mengambil keputusan yang tepat, misalnya, kunci enkripsi …

Dalam sistem kuantum yang menggunakan qubit dalam pekerjaannya, dengan peningkatan jumlah partikel, jumlah nilai yang diproses secara bersamaan tumbuh secara eksponensial.

Berbicara tentang cara kerja komputer kuantum, ada baiknya menyebutkan kopling qubit. Jika ada beberapa qubit dalam sistem, perubahan pada satu qubit juga akan menyebabkan perubahan pada partikel lainnya. Daya komputasi dicapai melalui komputasi paralel.

Terlepas dari investasi multi-juta dolar, teknologi kuantum berkembang agak lambat. Hal ini disebabkan sejumlah besar kesulitan yang harus dihadapi para ilmuwan dalam proses penelitian, termasuk kebutuhan untuk membangun sarkofagus suhu rendah dengan isolasi ruangan maksimum dengan prosesor dari kemungkinan pengaruh eksternal untuk melestarikan sifat kuantum. dari sistem. Selain itu, peneliti dihadapkan pada tugas memecahkan kesalahan, karena proses kuantum dan perhitungan bersifat probabilistik dan tidak mungkin seratus persen benar.

Konstruksi sistem yang stabil juga jauh dari ideal, dan dalam implementasi komputer kuantum di tingkat fisik, beberapa solusi digunakan menggunakan teknologi yang berbeda. Jadi penciptaan komputer kuantum universal yang lengkap masih di masa depan, meskipun tidak sejauh yang terlihat lima tahun lalu. Penciptaannya dilakukan oleh perusahaan terbesar seperti IBM, Google, Intel, Microsoft, yang telah memberikan kontribusi besar bagi pengembangan teknologi, serta beberapa negara bagian di mana masalah ini memiliki kepentingan strategis.