Ketika para ilmuwan dan insinyur menghadapi masalah yang sulit, mereka mengandalkan superkomputer. Ini adalah komputer klasik yang sangat besar, sering kali dengan ribuan inti CPU dan GPU klasik yang mampu menjalankan kalkulasi yang sangat besar dan memiliki kecerdasan buatan yang canggih. Meski begitu, superkomputer adalah mesin berbasis kode biner yang bergantung pada teknologi transistor abad ke-20. Mereka kesulitan memecahkan jenis masalah tertentu.

Jika superkomputer kesulitan, ini mungkin karena mesin klasik yang besar diminta untuk memecahkan masalah dengan tingkat kompleksitas yang tinggi. Ketika komputer klasik gagal, sering kali hal ini disebabkan oleh kerumitan masalah.

Masalah yang kompleks adalah masalah dengan banyak variabel yang berinteraksi dengan cara yang rumit. membuat model perilaku atom individual dalam molekul adalah masalah yang kompleks, karena semua elektron yang berbeda berinteraksi satu sama lain. Mengidentifikasi pola-pola penipuan yang samar dalam transaksi keuangan atau fisika baru dalam supercollider juga merupakan masalah yang kompleks. Ada beberapa masalah kompleks yang tidak bisa kita selesaikan menggunakan komputer klasik, seberapa pun besarnya.

Fisika kuantum menjadi landasan dunia nyata. Dalam banyak situasi, komputer yang melakukan kalkulasi menggunakan kondisi kuantum dari bit kuantum seharusnya menjadi alat terbaik yang membantu kita memahaminya.

Mari kita lihat contoh yang menunjukkan bagaimana komputer kuantum dapat berhasil saat komputer klasik gagal:

Komputer klasik mungkin andal dalam menyelesaikan tugas-tugas sulit seperti memilah-milah basis data molekul berukuran besar. Namun, komputer ini kesulitan memecahkan masalah yang lebih kompleks, seperti menyimulasikan perilaku molekul.

Saat ini, jika para ilmuwan ingin mengetahui perilaku sebuah molekul, mereka harus menyintesisnya dan bereksperimen dengannya di dunia nyata. Jika mereka ingin mengetahui bagaimana perubahan kecil akan berdampak pada perilakunya, mereka biasanya perlu menyintesis versi yang baru dan menjalankan eksperimen mereka dari awal. Proses ini mahal dan memakan waktu sehingga menghambat kemajuan di berbagai bidang seperti kedokteran dan desain semikonduktor.

Superkomputer klasik mungkin mencoba menyimulasikan perilaku molekul secara paksa, menggunakan banyak prosesor untuk mengeksplorasi setiap cara untuk setiap kemungkinan perilaku dari molekul tersebut. Namun, saat beralih dari molekul yang paling sederhana dan mudah dipahami yang ada, kerja superkomputer terhenti. Tidak ada komputer yang memiliki cukup memori kerja untuk menangani semua kemungkinan permutasi perilaku molekuler dengan menggunakan metode apa pun yang diketahui saat ini.

Algoritma kuantum mengambil pendekatan baru untuk masalah kompleks semacam ini — menciptakan ruang komputasi multidimensi. Faktanya, ini menjadi cara yang jauh lebih efisien untuk memecahkan masalah kompleks seperti simulasi kimia.

Tidak ada cara yang tepat untuk menciptakan ruang komputasi ini dengan komputer klasik, yang membatasi kegunaannya tanpa komputasi kuantum. Ahli kimia industri sudah mengeksplorasi cara untuk mengintegrasikan metode kuantum ke dalam pekerjaan mereka. Ini hanya satu contoh. Perusahaan teknik, lembaga keuangan, perusahaan pelayaran global—antara lain—sedang menjajaki contoh penggunaan pemecahan masalah penting menggunakan komputer kuantum dalam bidang mereka. Dalam waktu dekat, akan banyak manfaat dari penelitian dan pengembangan kuantum yang terwujud. Seiring dengan meningkatnya skala perangkat keras kuantum dan algoritma kuantum, banyak masalah besar dan penting seperti simulasi molekuler diharapkan akan terpecahkan.

Prosesor IBM Quantum tidak lebih besar dari yang saat ini digunakan di kebanyakan laptop. Dan sistem perangkat keras kuantum kurang lebih seukuran mobil, yang sebagian besar terdiri dari sistem pendingin untuk menjaga prosesor superkonduktor pada suhu operasional yang super dingin.

Prosesor klasik menggunakan bit klasik untuk melakukan operasinya. Komputer kuantum menggunakan qubit (CUE-bit) untuk menjalankan algoritma kuantum multidimensi.

Superkonduktor

Komputer desktop Anda mungkin menggunakan kipas angin agar cukup dingin untuk bekerja. Prosesor kuantum kami harus dalam suhu sangat dingin–sekitar seperseratus derajat di atas nol derajat absolut—untuk menghindari “dekoherensi”, atau mempertahankan kondisi kuantumnya. Untuk mencapai hal ini, kami menggunakan superfluida dengan suhu sangat dingin. Pada suhu yang sangat rendah ini, materi tertentu menunjukkan efek mekanis kuantum yang penting: elektron bergerak melaluinya tanpa hambatan. Hal ini menjadikan mereka "superkonduktor".  

Ketika elektron melewati superkonduktor, mereka berpasangan, membentuk "pasangan Cooper". Pasangan ini dapat membawa muatan melintasi penghalang, atau insulator, melalui proses yang dikenal sebagai terowongan kuantum. Dua superkonduktor ditempatkan di kedua sisi insulator membentuk persimpangan Josephson.

Kontrol

Komputer kuantum kami menggunakan persimpangan Josephson sebagai qubit superkonduktor. Dengan menembakkan foton gelombang mikro pada qubit ini, kami dapat mengontrol perilakunya serta membuat mereka menyimpan, mengubah, dan membaca unit informasi kuantum.

Superposisi

Qubit dengan sendirinya tidak terlalu berguna. Namun, qubit dapat melakukan tindakan penting: menempatkan informasi kuantum yang dimilikinya ke dalam keadaan superposisi, yang merepresentasikan kombinasi dari semua kemungkinan konfigurasi qubit. Kelompok qubit dalam superposisi dapat menciptakan ruang komputasi multidimensi yang kompleks. Masalah kompleks dapat direpresentasikan dengan cara baru di ruang-ruang ini.

Keterikatan

Keterikatan kuantum adalah efek yang menghubungkan perilaku dua hal yang terpisah. Para ahli fisika telah menemukan bahwa ketika dua qubit berikatan, perubahan pada satu qubit berdampak langsung pada qubit lainnya.

Interferensi

Dalam lingkungan qubit berikatan yang ditempatkan dalam keadaan superposisi, terjadi gelombang probabilitas. Ini adalah probabilitas hasil pengukuran sistem. Gelombang-gelombang ini dapat saling membangun saat banyak gelombang tersebut mencapai puncak di hasil tertentu, atau saling meniadakan saat puncak dan lembah berinteraksi. Keduanya adalah bentuk interferensi.

Komputasi pada komputer kuantum bekerja dengan menyiapkan superposisi dari semua kemungkinan status komputasi. Sirkuit kuantum, yang disiapkan oleh pengguna, menggunakan interferensi secara selektif pada komponen superposisi berdasarkan algoritma tertentu. Banyak kemungkinan hasil dibatalkan melalui interferensi, sementara yang lain diperkuat. Hasil yang diperkuat merupakan solusi komputasi.

Komputer kuantum IBM diprogram dengan menggunakan, Qiskit, SDK kuantum sumber terbuka berbasis Phyton kami. Qiskit memiliki modul yang mencakup penggunaan di bidang keuangan, kimia, pengoptimalan, dan machine learning.

• Lihat dokumentasi untuk memulai dengan cepat dan pelajari lebih lanjut rangkaian alat pengembang kami.
• Buat kode tingkat penelitian dan pengembangan untuk dijalankan pada simulator atau perangkat keras asli.
• Bergabunglah dengan komunitas kami yang berisi 400,000+ pengguna dan terus bertambah.

Siap untuk beban kerja yang lebih besar? Jalankan dalam skala besar dengan Qiskit Runtime, model pemrograman kuantum kami untuk membangun dan menskalakan beban kerja secara efisien. Dengan Qiskit Runtime, pengguna dapat menerapkan aplikasi kuantum-klasik khusus dengan akses mudah ke komputasi hybrid HPC pada sistem kuantum dengan kinerja tertinggi di dunia.

Qiskit Runtime menyediakan lingkungan eksekusi untuk menyusun sirkuit kuantum dengan pemrosesan klasik, yang secara native mempercepat eksekusi program kuantum tertentu. Artinya, iterasi yang lebih cepat, latensi lebih rendah, dan waktu komputasi yang lebih bebas pada sistem kuantum terkemuka di dunia: model eksekusi berbasis cloud dari Qiskit Runtime menunjukkan kecepatan 120x lipat dalam menyimulasikan perilaku molekuler.