Beranda Page Title Qubit Apa itu qubit?
Jelajahi IBM Quantum Daftar untuk mendapatkan pembaruan topik cloud
Foto jarak dekat komputer quantum IBM

Diterbitkan: 28 Februari 2024
Kontributor: Josh Schneider, Ian Smalley

Apa itu qubit?

Qubit, atau bit kuantum, adalah unit dasar informasi yang digunakan untuk menyandikan data dalam komputasi kuantum dan paling baik dipahami sebagai setara kuantum dari bit tradisional yang digunakan oleh komputer klasik untuk menyandikan informasi dalam biner.

Istilah “qubit” dikaitkan dengan fisikawan teoretis Amerika Benjamin Schumacher. Qubit umumnya, meskipun tidak seluruhnya, dibuat dengan memanipulasi dan mengukur partikel quantum (blok bangunan terkecil yang diketahui dari alam semesta fisik), seperti foton, elektron, ion yang terperangkap, sirkuit superkonduktor, dan atom. 

Diaktifkan oleh semua sifat unik mekanika quantum, komputer quantum menggunakan qubit untuk menyimpan lebih banyak data daripada bit tradisional, sehingga sangat meningkatkan sistem kriptografi, dan dapat melakukan perhitungan sangat canggih yang akan memakan waktu ribuan tahun (atau tidak mungkin dilakukan) untuk diselesaikan bahkan oleh superkomputer klasik sekalipun.

Didukung oleh qubit, komputer quantum akan segera terbukti penting dalam mengatasi banyak tantangan terbesar umat manusia, termasuk kanker dan penelitian medis lainnya, perubahan iklim, machine learning, dan kecerdasan buatan (AI)

Bergabunglah dengan IBM Quantum Network

Anggota IBM Quantum Network berkolaborasi secara luas, dan mendapat manfaat dari hubungan kerja yang erat dengan para pakar internal kami.

Konten terkait

Berlangganan Buletin IBM

Memahami komputasi quantum

Mewakili generasi berikutnya dalam daya komputasi, komputasi quantum menggunakan teknologi khusus—termasuk perangkat keras komputer dan algoritma yang memanfaatkan prinsip-prinsip mekanika quantum—untuk memecahkan masalah kompleks yang tidak dapat diselesaikan (atau tidak dapat diselesaikan dengan cukup cepat) oleh komputer klasik atau superkomputer.

Pertama kali diusulkan pada tahun 1980-an, pengembangan komputer quantum telah berjalan pesat dari teori murni ke aplikasi perangkat keras praktis. Saat ini, IBM Quantum membuat perangkat keras quantum nyata—alat yang baru mulai dibayangkan para ilmuwan tiga dekade lalu—tersedia untuk ratusan ribu pengembang.  

Ketika para fisikawan dan insinyur menghadapi masalah yang sulit, mereka mengandalkan superkomputer. Namun, superkomputer pun sebenarnya hanya mesin berbasis kode biner yang bergantung pada teknologi transistor abad ke-20, dan mereka harus berjuang untuk memecahkan masalah yang sangat kompleks. Komputer klasik ini juga tunduk pada batasan material, seperti panas berlebih, sehingga membatasi kemampuannya untuk memproses informasi. Ada beberapa masalah yang kompleks, seperti pemodelan atom individu dalam molekul, yang tidak dapat diselesaikan dengan komputer klasik dengan skala apa pun.

Hukum mekanika quantum menentukan tatanan dunia alam. Dalam banyak situasi, komputer yang melakukan perhitungan menggunakan keadaan quantum dari bit quantum seharusnya menjadi alat terbaik kita untuk memahaminya dan memecahkan masalah yang paling kompleks. 

Ketika mempelajari komputer quantum, penting untuk memahami bahwa mekanika quantum tidak seperti fisika tradisional. Menggambarkan perilaku partikel quantum menghadirkan tantangan yang unik, karena sebagian besar paradigma yang masuk akal untuk dunia alam tidak memiliki kosakata untuk memahami perilaku partikel quantum yang tampaknya berlawanan dengan intuisi. 

Qubit vs. bit

Ada banyak jenis bit dan qubit yang berbeda, tetapi semua qubit harus mematuhi hukum fisika quantum dan dapat berada dalam superposisi quantum.

Bit klasik hanya bisa berada di posisi 0 atau posisi 1. Akan tetapi, qubit juga dapat menempati keadaan ketiga yang dikenal sebagai superposisi. Superposisi mewakili 0, 1, dan semua posisi di antaranya yang diambil sekaligus, dengan total tiga posisi terpisah.

Meskipun qubit dapat mengodekan tiga posisi terpisah, mereka masih digunakan untuk menyampaikan informasi melalui sistem biner. Dalam sistem tersebut, istilah bit dapat merujuk pada bahan atau proses yang digunakan untuk mewakili 0 atau 1, atau pengukuran bit tersebut (yaitu 0 atau 1). 

Memahami bit

Dalam komputasi tradisional atau klasik, satu bit dapat dianggap sebagai sepotong informasi biner, dinotasikan sebagai 0 atau 1. Komputer modern biasanya menunjukkan bit baik sebagai tegangan listrik atau pulsa arus (atau dengan keadaan listrik dari sirkuit flip-flop).

Dalam sistem ini, ketika tidak ada arus yang mengalir, sirkuit dianggap mati dan keadaan ini ditunjukkan sebagai 0. Ketika arus mengalir, sirkuit dianggap hidup dan keadaan ini ditunjukkan sebagai 1.

Istilah "bit" sendiri merupakan singkatan kombinasi dari "binary digit", dan bit biner merupakan dasar dari semua komputasi. Baik merekam video digital, membuat animasi model 3D, atau menggunakan aplikasi kalkulator—semua data dari sistem operasi hingga perangkat lunak dibangun dari kode biner yang merupakan kumpulan bit. Byte komputer terdiri dari delapan bit, yang merupakan jumlah bit minimum yang diperlukan untuk menyampaikan satu karakter tekstual dalam biner. 

Bit dapat ditunjukkan secara elektrik, misalnya dengan menjalankan (atau tidak menjalankan) arus melalui chip silikon. Bit juga dapat ditunjukkan secara fisik, sebagai lubang atau tidak adanya lubang di selembar kertas, seperti yang digunakan dalam komputasi kartu berlubang zaman dulu. Setiap sistem dua tingkat yang keadaan sistemnya dapat digambarkan hanya dalam salah satu dari dua kemungkinan posisi (misalnya, atas atau bawah, kiri atau kanan, hidup atau mati) dapat digunakan untuk menunjukkan sebuah bit. 

Memahami qubit

Meskipun teknologi quantum menggunakan kode biner, data quantum yang berasal dari sistem quantum—seperti qubit—mengodekan data secara berbeda dari bit tradisional, dengan beberapa keuntungan yang luar biasa. Para peneliti telah menemukan berbagai cara untuk menciptakan qubit atau menggunakan sistem quantum yang terjadi secara alami sebagai qubit. Namun, dalam hampir semua kasus, komputer quantum memerlukan pendinginan yang ekstrem untuk mengisolasi qubit dan mencegah gangguan. 

Secara teoretis, sistem quantum dua level apa pun dapat digunakan untuk membuat qubit. Sistem quantum digambarkan sebagai dua level ketika properti sistem tertentu dapat diukur dalam posisi biner, seperti atas atau bawah. Sistem quantum multilevel juga dapat digunakan untuk membuat qubit, selama dua aspek sistem tersebut dapat diisolasi secara efektif untuk menghasilkan pengukuran biner. Sama seperti komputer tradisional yang dapat menggunakan berbagai jenis bit—seperti arus listrik, muatan listrik, atau dilubangi (atau tidak dilubangi) pada selembar kertas untuk komputasi kartu berlubang—komputer quantum dapat menggunakan berbagai jenis bit. Bit tertentu lebih cocok untuk fungsi tertentu, dan komputer quantum tingkat lanjut kemungkinan besar akan menggunakan kombinasi jenis bit untuk mencapai operasi yang berbeda.

Karena setiap bit dapat menunjukkan angka 0 atau 1, dengan memasangkan dua bit informasi, kita dapat membuat hingga empat kombinasi biner yang unik:

  1. 00
  2. 01
  3. 10
  4. 11

Sementara setiap bit dapat berupa 0 atau 1, satu qubit dapat berupa 0, 1, atau superposisi. Superposisi quantum dapat digambarkan sebagai 0 dan 1, atau sebagai semua keadaan yang mungkin antara 0 dan 1 karena sebenarnya mewakili probabilitas keadaan qubit. 

Pada tingkat quantum, probabilitas qubit diukur sebagai fungsi gelombang. Amplitudo probabilitas sebuah qubit dapat digunakan untuk menyandikan lebih dari satu bit data dan melakukan perhitungan yang sangat rumit ketika digabungkan dengan qubit lainnya.

Saat memproses masalah yang kompleks, seperti memfaktorkan bilangan prima yang besar, bit tradisional menjadi terikat karena menampung informasi dalam jumlah besar. Bit quantum berperilaku berbeda. Karena qubit dapat menampung superposisi, komputer quantum yang menggunakan qubit dapat menghitung volume data yang jauh lebih besar. 

Sebagai analogi yang berguna untuk memahami bit vs qubit, bayangkan Anda berdiri di tengah labirin yang rumit. Untuk keluar dari labirin, komputer tradisional harus menerapkan "penyelesaian paksa" pada masalah, mencoba setiap kombinasi jalur yang mungkin untuk menemukan jalan keluar. Komputer semacam ini akan menggunakan bit untuk menjelajahi jalur baru dan mengingat jalur mana yang buntu.

Sebagai perbandingan, komputer quantum mungkin, dalam kiasan, memperoleh pandangan menyeluruh dari labirin secara sekaligus, menguji beberapa jalur secara bersamaan, dan mengungkapkan solusi yang benar. Namun, qubit tidak “menguji beberapa jalur” sekaligus. Sebaliknya, komputer quantum mengukur amplitudo probabilitas qubit untuk menentukan hasil. Karena amplitudo ini berfungsi seperti gelombang, mereka juga tumpang tindih dan saling mengganggu. Ketika gelombang asinkron tumpang tindih, hal ini secara efektif menghilangkan kemungkinan solusi untuk masalah yang kompleks dan gelombang koheren yang direalisasikan menghadirkan solusinya. 

Apa itu belitan quantum?

Pertama kali digambarkan oleh Einstein sebagai "aksi menyeramkan di kejauhan," belitan quantum adalah fenomena di mana dua qubit (atau dua atau lebih partikel quantum) saling terkait sedemikian rupa sehingga keadaan satu partikel tidak dapat dijelaskan secara independen dari keadaan partikel lainnya, terlepas dari jarak di antara keduanya. 

Ketika dua qubit terbelit, keduanya berada dalam superposisi sampai keduanya diukur. Setelah diamati, superposisi quantum keduanya runtuh dan qubit mana pun yang tidak diamati menunjukkan posisi yang berlawanan dengan yang diamati.

Sebagai contoh, jika setengah dari pasangan qubit yang terbelit diukur pada posisi 1, qubit lainnya dapat langsung diukur sebagai 0. Implikasi dari belitan quantum sangat luas karena pemahaman kita tentang fenomena ini terbatas. Cukuplah untuk mengatakan bahwa bit tradisional tidak dapat terbelit. Dengan cara ini, qubit yang terbelit tampaknya dapat mentransfer informasi melintasi tahun cahaya secara instan, lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Meskipun qubit tidak benar-benar mentransfer data lebih cepat daripada cahaya, belitan quantum dapat meningkatkan kekuatan sirkuit quantum secara drastis. 

Berbagai jenis qubit dan kelebihannya

Karena sistem quantum dua tingkat mana pun dapat digunakan untuk membuat qubit, ada banyak jenis qubit yang saat ini sedang dikembangkan oleh para peneliti—dan qubit tertentu lebih cocok untuk aplikasi tertentu.

Superkonduktor

Terbuat dari bahan superkonduktor yang beroperasi pada suhu sangat rendah, qubit superkonduktor dimanipulasi oleh pulsa gelombang mikro dan merupakan favorit di kalangan ilmuwan komputer quantum karena memiliki koherensi yang relatif kuat. 

Ion yang terperangkap

Menggunakan teknologi laser canggih, partikel ion yang terperangkap juga dapat digunakan sebagai qubit. Waktu koherensi yang lama serta pengukuran fidelitas tinggi patut diamati pada qubit ion yang terperangkap. 

Titik quantum

Sebuah titik quantum adalah semikonduktor kecil yang mampu menangkap satu elektron dan menggunakannya sebagai qubit. Qubit titik quantum dapat dimanipulasi menggunakan medan magnet dan sangat menarik bagi para peneliti karena potensi skalabilitas dan kompatibilitasnya dengan teknologi semikonduktor yang ada. 

Foton

Dengan mengatur dan mengukur keadaan putaran arah partikel cahaya individu, qubit foton dapat digunakan untuk mengirim informasi quantum melintasi jarak jauh melalui kabel serat optik dan saat ini digunakan dalam komunikasi quantum dan kriptografi quantum

Atom netral

Atom netral yang umum terdapat ditentukan oleh muatan ionik bermuatan positif dan negatif yang seimbang. Dengan menggunakan laser, semua atom ini dapat diisi energi untuk menjadi sejumlah keadaan tereksitasi, dua di antaranya dapat digunakan untuk membuat qubit yang cocok untuk peningkatan skala dan melakukan operasi.

Tantangan Qubit

Meskipun kuat, qubit juga sangat temperamental. Agar dapat berfungsi, qubit harus didinginkan hingga suhu hanya sepersekian derajat lebih tinggi dari nol mutlak, yang lebih dingin dari suhu luar angkasa. 

Partikel quantum dikatakan memiliki koherensi ketika partikel tersebut cukup terkontrol untuk berfungsi sebagai qubit. Ketika kehilangan kemampuan ini, sebuah qubit digambarkan sebagai tidak koheren. Pendinginan bertenaga tinggi yang diperlukan untuk menciptakan kondisi koherensi untuk qubit fungsional merupakan tantangan utama untuk komputasi quantum. 

Bahkan dalam kondisi terdingin sekalipun, sistem qubit umumnya juga rentan terhadap kegagalan yang disebabkan oleh keadaan tidak koheren. Untungnya, kemajuan dalam bidang koreksi kesalahan quantum algoritmik yang sedang berkembang memiliki potensi untuk menstabilkan sistem quantum yang sebelumnya lemah. 

Solusi terkait
IBM Quantum

Membawa komputasi quantum yang berguna ke dunia. Pengguna kami mengakses armada komputasi quantum terbesar di dunia melalui Qiskit Runtime, layanan komputasi quantum dan model pemrograman kami untuk utilitas.

Jelajahi IBM Quantum

Brankas IBM Quantum

Teknologi IBM Quantum Safe adalah seperangkat alat, kemampuan, dan pendekatan yang komprehensif untuk mengamankan perusahaan Anda untuk masa depan quantum. Gunakan teknologi IBM Quantum Safe untuk menggantikan kriptografi yang berisiko dan mempertahankan visibilitas serta kontrol yang berkelanjutan atas seluruh postur keamanan siber Anda.

Jelajahi IBM Quantum Safe

Teknologi IBM Quantum

Akses rangkaian lengkap teknologi quantum terkemuka kami, mulai dari superkomputasi quantum hingga pengodean quantum dengan Qiskit.

Jelajahi teknologi IBM Quantum
Resources Apa itu komputasi quantum?

Komputasi quantum menggunakan teknologi khusus—termasuk perangkat keras komputer dan algoritma yang memanfaatkan mekanika quantum—untuk menyelesaikan masalah kompleks yang tidak dapat diselesaikan oleh komputer klasik atau superkomputer, atau sulit dipecahkan dengan cepat.

Apa itu kriptografi quantum?

Kriptografi quantum mengacu pada berbagai metode keamanan siber untuk mengenkripsi dan mentransmisikan data yang aman berdasarkan hukum mekanika quantum yang terjadi secara alami dan tidak dapat diubah. Meskipun masih dalam tahap awal, enkripsi quantum memiliki potensi untuk menjadi jauh lebih aman daripada jenis algoritme kriptografi sebelumnya dan bahkan secara teoritis tidak dapat diretas.

Apa itu kriptografi yang aman-quantum?

Kriptografi yang aman secara quantum mengamankan data, akses, dan komunikasi yang sensitif untuk era komputasi quantum. Kriptografi aman kuantum membangun kembali brankas kriptografi, membuatnya aman terhadap serangan kuantum dan klasik.

Apa itu superkomputer?

Superkomputasi adalah bentuk komputasi berkinerja tinggi yang menentukan atau menghitung menggunakan komputer yang kuat, superkomputer, sehingga mengurangi waktu keseluruhan untuk mendapatkan solusi.

Keamanan di era komputasi kuantum

Pentingnya kriptografi quantum safe dalam ekonomi digital—diperbarui dengan peta jalan IBM Quantum Safe.

Era utilitas kuantum juga harus menjadi era komputasi kuantum yang bertanggung jawab

Sekarang kita telah memasuki era utilitas quantum, kita menggunakan komputer quantum sebagai alat komputasi untuk mengakses dunia komputasi yang belum pernah kita akses sebelumnya.

Ambil langkah selanjutnya

IBM merupakan ujung tombak pengembangan komputer quantum dan sudah menawarkan akses ke 100+ perangkat qubit. Mulai dari memecahkan tantangan yang rumit seperti memodelkan proses alamiah yang canggih hingga mengembangkan enkripsi yang aman dari quantum untuk data Anda yang paling aman, temukan bagaimana IBM dapat membantu mengamankan perusahaan Anda untuk masa depan quantum. 

Jelajahi IBM Quantum