Quantum Computing(Komputasi Kuantum) adalah bidang studi yang berfokus pada pengembangan teknologi komputer berdasarkan prinsip-prinsip teori kuantum, yang menjelaskan sifat dan perilaku energi dan materi pada tingkat kuantum (atom dan subatom).

Perbandingan Komputasi Klasik dan Quantum
Komputasi klasik bergantung, pada tingkat tertinggi, pada prinsip-prinsip yang diungkapkan oleh aljabar Boolean, beroperasi dengan prinsip gerbang logika 7-mode (biasanya), meskipun mungkin ada hanya dengan tiga mode (yaitu AND, NOT, dan COPY). Data harus diproses dalam keadaan biner eksklusif pada setiap titik waktu - yaitu, baik 0 (tidak aktif / salah) atau 1 (aktif / benar). Nilai-nilai ini adalah digit biner, atau bit. Jutaan transistor dan kapasitor di jantung komputer hanya dapat berada di satu kondisi (state) pada titik mana pun. Sementara waktu yang diperlukan setiap transistor atau kapasitor baik dalam 0 atau 1 sebelum kondisi (state) beralih, sekarang dapat diukur dalam seperseribu detik, masih ada batas mengenai seberapa cepat perangkat ini dapat dibuat untuk beralih kondisi (state). Ketika kita maju ke sirkuit yang lebih kecil dan lebih cepat, kita mulai mencapai batas fisik material dan ambang hukum fisika klasik untuk diterapkan. Di luar ini, dunia kuantum mengambil alih, yang membuka potensi sebesar tantangan yang disajikan.

Komputer Quantum, sebaliknya, dapat bekerja dengan gerbang logika dua mode: XOR dan mode yang akan kita sebut QO1 (kemampuan untuk mengubah 0 menjadi superposisi 0 dan 1, gerbang logika yang tidak bisa ada dalam komputasi klasik) . Dalam komputer kuantum, sejumlah partikel unsur seperti elektron atau foton dapat digunakan (dalam praktiknya, keberhasilan juga telah dicapai dengan ion), dengan muatan atau polarisasi keduanya bertindak sebagai representasi 0 dan / atau 1. Setiap partikel-partikel ini dikenal sebagai bit kuantum, atau qubit, sifat dan perilaku partikel-partikel ini membentuk dasar komputasi kuantum. Dua aspek yang paling relevan dari fisika kuantum adalah prinsip-prinsip Superpositionand Entanglement.

Apa itu Superposition?



Pikirkan qubit sebagai elektron dalam medan magnet. Spin elektron mungkin baik sejajar dengan bidang, yang dikenal sebagai keadaan spin-up, atau berlawanan dengan lapangan, yang dikenal sebagai keadaan spin-down. Mengubah spin elektron dari satu keadaan ke keadaan lainnya dicapai dengan menggunakan dorongan energi, seperti dari laser - katakanlah kita menggunakan 1 unit energi laser. Tetapi bagaimana jika kita hanya menggunakan setengah unit energi laser dan benar-benar mengisolasi partikel dari semua pengaruh eksternal? Menurut hukum kuantum, partikel kemudian memasuki keadaan superposisi, di mana ia berperilaku seolah-olah berada di kedua keadaan secara bersamaan. Setiap qubit yang digunakan dapat mengambil superposisi dari 0 dan 1. Dengan demikian, jumlah perhitungan yang dapat dilakukan oleh komputer kuantum adalah 2 ^ n, di mana n adalah jumlah qubit yang digunakan. Sebuah komputer kuantum yang terdiri dari 500 qubit akan memiliki potensi untuk melakukan 2 ^ 500 perhitungan dalam satu langkah. Ini adalah angka yang luar biasa - 2 ^ 500adalah atom yang jauh lebih banyak daripada yang ada di alam semesta yang dikenal (ini adalah pemrosesan paralel yang benar - komputer klasik saat ini, bahkan yang disebut prosesor paralel, masih hanya benar-benar melakukan satu hal pada satu waktu: hanya ada dua atau lebih dari itu yang dapat melakukannya). Tetapi bagaimana partikel-partikel ini berinteraksi satu sama lain? Mereka akan melakukannya melalui quantum entanglement.

Apa itu Entanglement?



Dalam fenomena kuantum yang dikenal sebagai entanglement, sifat-sifat dua partikel saling terjalin bahkan jika mereka dipisahkan oleh jarak yang sangat jauh dari satu sama lain.

EntanglementPartikel (seperti foton, elektron, atau qubit) yang berinteraksi di beberapa titik mempertahankan jenis koneksi dan dapat terjerat satu sama lain secara berpasangan, dalam proses yang dikenal sebagai korelasi. Mengetahui keadaan spin dari satu partikel yang terjerat - naik atau turun - memungkinkan seseorang untuk mengetahui bahwa spin dari pasangannya berada dalam arah yang berlawanan. Yang lebih menakjubkan adalah pengetahuan yang, karena fenomena superposition, partikel yang diukur tidak memiliki arah putaran tunggal sebelum diukur, tetapi secara simultan dalam keadaan spin-up dan spin-down. Keadaan spin dari partikel yang diukur diputuskan pada saat pengukuran dan dikomunikasikan ke partikel yang berkorelasi, yang secara bersamaan mengasumsikan arah putaran berlawanan dengan yang diukur partikel. Ini adalah fenomena nyata (Einstein menyebutnya "spooky action at a distance"), mekanisme yang tidak bisa, seperti yang dijelaskan oleh teori apapun - itu harus diambil seperti diberikan. Quantum Entanglement memungkinkan qubit yang dipisahkan oleh jarak yang luar biasa untuk berinteraksi satu sama lain secara instan (tidak terbatas pada kecepatan cahaya). Tidak peduli seberapa besar jarak antara partikel-partikel yang berkorelasi, mereka akan tetap terjerat selama mereka diisolasi.