Rencana Komputer Quantum Sejuta-Qubit IBM yang Ambisius

IBM, salah satu perusahaan teknologi tertua di dunia, sedang membuat lemari es. Hal ini sendiri bukanlah hal yang belum pernah terjadi sebelumnya. Perusahaan teknologi lain punya lemari es yang dibuat sebelumnya. LG menjual Kulkas Cerdas LG InstaView Door-in-Door yang terhubung Wi-Fi. Samsung, pembuat perangkat global lainnya, membuat RF23J9011SR 4-Door Flex yang luar biasa dengan fitur Power Cool.

Namun lemari es IBM (masih dalam pengembangan) berbeda. Faktanya, sangat berbeda. Ini akan menjadi sangat besar untuk satu hal: tinggi 10 kaki dan lebar 6 kaki. Suhunya juga akan sangat dingin, sekitar 15 miliklvin, atau -459 Fahrenheit, lebih dingin dari luar angkasa. Namanya juga diambil dari film James Bond, Goldeneye.

Namun, perbedaan terbesar antara lemari es ini dan lemari es dapur biasa Anda adalah isi yang direncanakan. Jangan berharap ada tempat telur, laci sayuran, dan ruang untuk eggnog musiman Anda. Sebaliknya, ini akan menjadi rumah bagi komputer kuantum 1 juta qubit pertama di dunia – setelah komputer tersebut dibuat.

“Agar efek kuantum muncul, [komputer kuantum] perlu didinginkan hingga suhu yang sangat rendah,” Jerry Chow, direktur Pengembangan Sistem Perangkat Keras Quantum di IBM, mengatakan kepada Digital Trends. “Faktanya, semua infrastruktur yang ada bahkan hanya pada prosesornya saja memerlukan pendinginan yang cukup, terutama saat Anda meningkatkannya, bukan?”

Proses peningkatan inilah yang membawa Chow dan timnya pada kesimpulan yang tidak bisa dihindari bahwa IBM benar-benar diperlukan untuk terjun ke bisnis pendingin — setidaknya dalam hal kuantumnya sendiri komputer. Salah satu alasannya adalah adanya batasan pada kapasitas pendinginan saat ini. Lalu ada masalah dengan hal-hal seperti menjaga integritas vakum dan menyeimbangkan berat berbagai komponen yang diperlukan untuk pendinginan. Ilmuwan komputer Alan Kay pernah berkata bahwa perusahaan yang serius dengan perangkat lunak juga harus membangun perangkat kerasnya sendiri. Mungkin persamaan kuantum dari hal ini adalah bahwa perusahaan yang serius dengan komputasi kuantum tidak hanya harus membangun komputer kuantumnya sendiri, tetapi juga lemari esnya sendiri untuk menampungnya.

“Jika kita melakukan penskalaan secara menyeluruh, Anda akan melihat bahwa, pada titik tertentu, apa yang bisa Anda peroleh dari vendor komersial tidak mencukupi,” kata Chow. “Anda harus mulai memikirkan bagaimana Anda bisa melampaui [itu]?”

Apa yang membuat komputasi kuantum begitu berbeda dan menarik?

Kulkas super IBM, pada tingkat tertentu, adalah ikan haring merah. Ini seperti membangun garasi baru yang mewah untuk Tesla yang Anda kirimkan. Tentu, pintu garasi kendali jarak jauh mewah yang Anda pasang itu menarik — tetapi sebenarnya tidak itu sedikit menarik. Dalam analogi ini, Tesla Model S atau Cybertruck baru adalah kuantum satu juta qubit yang direncanakan IBM. Dan, asalkan IBM dapat membangunnya sesuai rencana, hal ini akan menjadi sebuah hal yang sangat disayangkan, lebih dari layak untuk sebuah lemari es tercanggih di dunia.

Komputer kuantum pertama kali diusulkan pada tahun 1980-an oleh fisikawan Amerika Paul Benioff, meskipun mekanika kuantum yang mendasarinya sudah ada sejak lama. hingga tahun 1920-an, ketika fisikawan mulai menyadari bahwa eksperimen tertentu tidak memberikan hasil yang mereka prediksi menggunakan pemahaman mereka saat ini tentang fisika. Richard Feynman, David Deutsch, Yuri Manin, dan lainnya memanfaatkan gagasan model mekanika kuantum dari mesin Turing, menyarankan bahwa komputer kuantum dapat digunakan untuk mensimulasikan hal-hal yang tidak dapat disimulasikan melalui komputer klasik dengan menggunakan komputer klasik fisika. Pada tahun 1994, Dan Simon menunjukkan bahwa komputer kuantum bisa jadi secara eksponensial lebih cepat daripada komputer klasik.

Salah satu perbedaan besar dengan kuantum adalah konsep superposisi. Komputer klasik dapat berupa keadaan A atau B (atau, dalam istilah biner, satu atau nol). Komputer kuantum bisa menjadi campuran keduanya. (Itu adalah Eksperimen pemikiran kucing Schrödinger di mana kucing di dalam kotak bisa hidup, mati, atau hidup dan mati secara bersamaan.) Lalu ada konsep lain seperti keruntuhan, ketidakpastian, dan keterjeratan, yang membuat komputer kuantum sangat berbeda dari komputer kuantum yang Anda dan saya gunakan saat tumbuh dewasa pada.

Dengan cara yang sama seperti komputer klasik beroperasi pada bit, komputer kuantum beroperasi pada apa yang disebut qubit. Saat ini, komputer kuantum terbesar IBM memiliki 65 qubit. Pada tahun 2023, mereka ingin membangunnya dengan 1.000 qubit. Dan beberapa saat setelah itu – tanggal dimana perusahaan tidak berkomitmen, namun sudah pasti ada dalam peta jalannya – perusahaan akan membangun mesin berkapasitas 1 juta qubit.

Melompat dari 65 qubit menjadi satu juta qubit merupakan lompatan yang luar biasa. Namun komputasi, bahkan komputasi klasik, ternyata cukup bagus dalam hal lompatan eksponensial. Hukum Moore menyatakan bahwa jumlah transistor yang dapat dipasang pada papan sirkuit berlipat ganda setiap dua tahun. Hal yang paling mendekati hukum kuantum dengan Hukum Moore adalah apa yang disebut sebagai Hukum Rose, yang dirumuskan oleh Geordie Rose pada tahun 2002. Hukum Rose menyatakan bahwa jumlah qubit dalam komputer kuantum berlipat ganda setiap beberapa tahun.

Dibandingkan dengan Hukum Moore, implikasi Hukum Rose bisa dibilang lebih mendalam karena, seperti yang diamati oleh Peter Diamandis dan Steven Kotler dalam buku mereka Masa Depan Lebih Cepat Dari Yang Anda Pikirkan: Bagaimana Konvergensi Teknologi Mengubah Bisnis, Industri, dan Kehidupan Kita, qubit dalam superposisi memiliki kekuatan yang jauh lebih besar daripada bit biner pada transistor.

Karena “lebih banyak” tidak selalu berarti “lebih baik”, salah satu penyesuaian konseptual IBM terhadap gagasan ini didasarkan pada konsep yang lebih bernuansa yang disebut IBM sebagai volume kuantum. “Ini bukan hanya tentang menskalakan jumlah fisik qubit,” kata Chow. “Pada akhirnya, ini tentang jumlah qubit dan seberapa baik kinerjanya; seberapa besar sirkuit yang dapat Anda jalankan pada perangkat keras tersebut sebelum qubit terurai dan informasi kuantum Anda menghilang. Volume kuantum adalah suatu metrik.”

Apa yang diharapkan ketika Anda mengharapkan komputer kuantum

“Segala sesuatu yang kita sebut nyata,” kata Niels Bohr, salah satu tokoh pendiri mekanika kuantum, “terbuat dari benda-benda yang tidak dapat dianggap nyata.” Mengingat premis superposisi kuantum, mungkin tepat jika komputer kuantum saat ini ada di dunia senja yang aneh di sini dan di luar bumi. Di Sini. IBM hanyalah salah satu perusahaan yang telah membangun komputer kuantum yang berfungsi (Google, Baidu, Amazon adalah beberapa nama besar lainnya.) Ada algoritma kuantum juga — dalam beberapa kasus, komputer yang belum dapat dijalankan secara efektif pada komputer kuantum yang dibuat manusia.

Namun, terlepas dari semua bukti konsep dan kegembiraan yang ada, dapat dikatakan bahwa dunia belum mulai memanfaatkan kekuatan komputasi kuantum yang sangat besar. “Apa yang dimaksud dengan [komputasi kuantum] dalam penerapan sebenarnya masih belum sepenuhnya diketahui,” kata Chow.

Beberapa kasus penggunaan potensial yang paling menarik — baik itu kimia komputasi, keuangan pemodelan, keamanan siber dan mata uang kripto, atau peramalan tingkat lanjut – tetap menjadi hantu dalam kuantum mesin. Setidaknya untuk saat ini.

Mengapa IBM berfokus pada komputasi kuantum? “Fokus kami adalah bagaimana kami menghadirkan komputasi masa depan,” kata Chow. Quantum adalah bagian masa depan yang tidak dapat dihindari.

Komputasi kuantum adalah salah satu dari tiga taruhan besar IBM untuk masa depan. Tritunggal suci teknologi masa depan ini terdiri dari komputasi kuantum, kecerdasan buatan, dan cloud. Namun ini bukanlah pertaruhan individual seperti halnya jika Anda menginvestasikan tabungan Anda pada tiga startup yang menjanjikan, percaya bahwa salah satu dari ketiganya memiliki peluang untuk menjadi unicorn yang akan lebih dari sekadar mengimbangi kerugian yang ditimbulkan olehnya dua lainnya.

Quantum, misalnya, bisa menjadi pengubah permainan bagi A.I. Tidak ada keraguan bahwa kecerdasan buatan – dan, yang paling spesifik, pembelajaran mesin — telah menikmati kemajuan menakjubkan dalam penggunaan arsitektur komputasi klasik. Namun kuantum menjanjikan untuk mempercepat segalanya. Versi kuantum dari algoritme pembelajaran mesin saat ini (atau, kemungkinan besar, sepenuhnya baru, jauh lebih cepat alternatif) akan mampu melakukan AI berbasis data dalam jumlah besar. perhitungan secara signifikan lebih cepat kecepatan. Mereka akan mampu menangani banyaknya dimensi yang muncul dari data dan memetakannya dalam ruang fitur kuantum yang besar. Keterikatan kuantum dapat digunakan untuk menemukan pola-pola baru yang tidak dapat ditemukan dengan komputasi klasik tradisional.

Mengambang di awan kuantum

Cloud juga merupakan bagian mendasar dari taruhan kuantum IBM. Secara umum, perkembangan komputasi klasik yang populer adalah transisi dari mainframe ke minikomputer ke komputer pribadi. Pada tahun 1950-an, orang hanya memiliki akses terhadap komputer berukuran besar di ruangan besar dan ber-AC. Pada akhir tahun 1970-an dan 80-an, masyarakat memiliki komputer di rumah mereka. Pada tahun 1990-an, masyarakat mempunyai komputer laptop yang dapat mereka bawa di dalam tas. Saat ini, kita memiliki komputer dalam bentuk smartphone yang kita bawa di saku.

Tampaknya tidak mungkin komputer kuantum akan mengalami perubahan faktor bentuk yang sama karena persyaratan (seperti pendinginan ekstrem) untuk komputer kuantum.

“Dalam hal [memiliki komputer kuantum fisik] di meja Anda, saya mungkin salah, tetapi tidak jelas bagi saya apakah hal itu akan terjadi,” kata Chow. “Sebagian besar sistem yang Anda bangun memerlukan tingkat koherensi kuantum ini, baik itu sistem superkonduktor atau ion-ion yang terperangkap, semuanya memerlukan infrastruktur yang cukup agar Anda dapat memeliharanya — dan terutama saat Anda melakukan penskalaan ke atas."

Namun di sinilah gangguan komputasi awan mulai terjadi. Komputasi awan berarti bahwa pengguna memiliki akses ke kemampuan superkomputer terlepas dari apakah mereka berada di lingkungan fisik yang sama. Daya komputasi atau penyimpanan tidak lagi terbatas pada perangkat keras yang tersedia di meja Anda seperti 20 tahun lalu.

“Saat ini banyak hal yang dilakukan melalui cloud [dan] orang-orang bahkan tidak menyadarinya,” kata Chow. “Berapa kali orang menyadari bahwa sesuatu tidak diproses dengan sendirinya laptop atau di ponsel mereka sendiri, tapi di tempat lain? Begitulah cara kerja kuantum melalui cloud.”

Pada tingkat tertentu, itulah komputasi kuantum sudah bekerja. Pada Mei 2016, IBM meluncurkannya Pengalaman Kuantum, prosesor kuantum lima qubit dan simulator pencocokan terhubung yang memungkinkan pengguna melakukan eksperimen pada sistem komputer kuantum. Hingga saat ini, IBM Quantum telah menerapkan 32 prosesor kuantum di cloud, dengan lebih dari 280.000 pengguna di seluruh dunia secara kolektif menjalankan lebih dari 1 miliar sirkuit kuantum setiap hari. Dengan tersedianya komputer kuantum yang lebih canggih, komputer tersebut juga akan dapat diakses oleh pengguna melalui cloud.

“Anda akan menghadapi masalah yang diselesaikan secara alami dengan menggunakan teknik terbaik yang kami ketahui di komputer tradisional,” kata Chow. “Tetapi ada juga bagian dari masalah ini yang terlalu rumit untuk diselesaikan [bahkan dengan sistem komputasi berkinerja tinggi] saat ini yang mungkin cocok untuk komputer kuantum.”

Tidak, Anda tidak akan menjalankan spreadsheet Excel di komputer kuantum dalam waktu dekat (jika pernah). Komputer klasik dapat menjalankan Excel dengan baik. Namun sebagian dari aplikasi pasti dapat memanfaatkan kemampuan kuantum, baik untuk hal-hal seperti enkripsi atau pembelajaran mesin yang lebih baik. Bahkan mungkin ada beberapa contoh yang lebih tidak penting. Misalnya, James Wootton, insinyur IBM lainnya, menggunakan komputasi kuantum untuk melakukannya pembuatan medan acak dalam permainan komputer. Pernah memimpikan sebuah game yang dapat dikonfigurasi ulang secara total setiap kali Anda bermain hingga tingkat yang tak terbayangkan? Quantum adalah jawaban Anda.

Model hibrida

“Inilah yang kami maksud dengan model komputasi cloud hybrid,” kata Chow. “Anda akan mendapatkan beban kerja bermasalah yang dimasukkan ke dalam komputer dan bagian yang tepat akan dimasukkan ke komputer klasik dan bagian lainnya akan dimasukkan ke komputer kuantum. Lalu keluarlah solusi. Itulah gambaran yang bisa Anda bayangkan di masa depan. [Quantum is] bukanlah pengganti [untuk komputer klasik], namun mereka pasti akan bekerja sama.”

IBM tidak akan menentukan kapan tepatnya mereka akan mengirimkan komputer jutaan qubitnya – atau, dalam hal ini, kapan lemari es Goldeneye-nya akan selesai. Namun keyakinannya cukup jelas bahwa komputasi kuantum akan menjadi pengubah permainan.

Di sebuah posting yang ditulis untuk blog IBM awal tahun ini, Jay Gambetta, rekan IBM dan wakil presiden komputasi kuantum, menyamakan komputer kuantum IBM generasi berikutnya dengan misi Apollo yang menghasilkan pendaratan di bulan. Perbandingannya cukup bagus. Ini mungkin juga akurat.

Di sini pada tahun 2020, dengan prospek a pendaratan di bulan baru jauh lebih dekat dibandingkan beberapa dekade terakhir, hal ini terdengar seperti perbandingan yang jauh lebih optimis dibandingkan beberapa tahun yang lalu. Ini seharusnya layak untuk ditunggu.

Rekomendasi Editor

• AI dapat menggantikan sekitar 7.800 pekerjaan di IBM sebagai bagian dari jeda perekrutan
• Di dalam laboratorium Inggris yang menghubungkan otak ke komputer kuantum
• Prosesor 127-qubit baru IBM merupakan terobosan besar dalam komputasi kuantum
• Para peneliti menciptakan 'potongan puzzle yang hilang' dalam pengembangan komputasi kuantum
• Presiden IBM menegaskan bahwa kekurangan chip akan berlangsung ‘beberapa tahun’ lebih lama