Bahasa Pemrograman Kuantum Microsoft, Q#, Dapat Membantu Anda Mempelajari Fisika Kuantum

Komputer akan menjadi aneh.

Setelah beberapa dekade menjadi teori, komputer kuantum pertama kini berada di beberapa laboratorium terpilih di seluruh dunia. Mereka masih sederhana, dan bisa dibilang kurang praktis dibandingkan komputer elektronik awal seperti ENIAC seberat 50 ton. Namun para peneliti telah membuat kemajuan. IBM, Google, dan Intel membuat kemajuan pada perangkat keras kuantum, dan komputer kuantum yang praktis akhirnya terasa seperti kenyataan di masa depan, bukan sebagai subjek fiksi ilmiah.

Itu adalah sebuah peluang. Ini juga merupakan masalah. Fisika kuantum adalah bidang teleportasi dan probabilitas aneh yang tidak mengikuti aturan yang kita kenal. Kebanyakan orang tidak memahami mekanika kuantum, dan itu termasuk pemrogram, orang-orang yang perlu memanfaatkan komputer kuantum untuk penggunaan praktis.

Microsoft memiliki rencana untuk mendidik mereka.

Menjadikan misteri itu mudah didekati

Pengembang mana pun yang ingin mempelajari bahasa pemrograman baru, seperti C# atau Javascript, ingin segera memanfaatkan pelajarannya. Namun komputasi kuantum yang masih baru dapat mempersulit hal ini. Membuat program untuk banyak perangkat kuantum sama seperti mencoba menulis kode mesin biner – kecuali yang lebih sulit lagi, karena mekanika kuantum. Ini bukan hanya bidang yang dipahami dengan baik tetapi sulit untuk diterjemahkan. Ini adalah bidang studi yang beberapa hal mendasarnya masih belum diketahui.

Itu termasuk alasannya Mengapa komputer kuantum berfungsi. “Apa yang kita miliki dalam komputasi kuantum adalah bukti bahwa komputer kuantum dapat mengungguli komputer klasik,” kata Krysta Svore, Manajer Riset Utama di grup Arsitektur dan Komputasi Kuantum Microsoft. “Cawan Suci di bidang kami akan menjadi bukti matematis nyata akan hal itu.”

Komputasi kuantum merupakan hal yang sangat baru, dan sangat berbeda dari sebelumnya, bahkan para peneliti terkemuka pun masih belum mengetahui elemen-elemen penting dan mendasar.

Mengajari pemrogram untuk membuat kode kuantum pada perangkat keras nyata adalah hal yang mustahil untuk saat ini. Bahasa pemrograman kuantum Microsoft, Q#, mengatasi masalah tersebut dengan menawarkan akses sederhana ke alat yang diperlukan untuk memulai pemrograman. Hal ini berarti membuat Q# menjadi lebih familiar dan mudah didekati, bahkan ketika para ilmuwan terus membuat terobosan dalam dasar-dasar cara kerja komputer kuantum.

Q# tidak tersembunyi di balik dinding dokumentasi yang buruk dan pemasang yang tidak dijelaskan dengan baik. Pemrogram dapat mengaksesnya melalui Visual Studio, lingkungan pengembangan paling populer di dunia. Dan pemrogram tidak memerlukan akses ke komputer kuantum untuk menggunakannya.

Sebaliknya, mereka dapat memprogram seolah-olah kode mereka akan berjalan pada perangkat kuantum sebenarnya, tetapi kemudian menjalankannya pada simulasi virtual. Hal ini mungkin terjadi karena komputer kuantum tidak diperlakukan sebagai sistem yang lengkap dan independen, melainkan sebagai akselerator yang dijalankan oleh komputer klasik yang menjalankan komputer klasik kode.

“Kami membayangkan komputer kuantum menjadi sumber daya lain di Azure, selain GPU, FPGA, ASIC, yang akan digunakan. Azure menjadi keseluruhan struktur yang mencakup komputasinya, komputer kuantum,” kata Svore kepada Digital Trends.

Sebagian besar pemrogram sudah terbiasa menggunakan perangkat keras yang dibuat khusus untuk tugas tertentu, dan sebagian besar sudah terbiasa menggunakan sumber daya di cloud. Mengaktifkan Q# tidak berbeda dengan tugas-tugas umum tersebut. Perangkat keras kuantum mungkin eksotik dan langka, tetapi lingkungan pemrograman yang ditawarkan Microsoft untuk Q# adalah hal yang eksotik dan langka persis seperti yang akan Anda lihat hari ini jika Anda melihat dari balik bahu seorang programmer di Fortune 500 perusahaan. Itu membuatnya tidak terlalu mengintimidasi.

“Visi utamanya adalah pengguna tidak mengatakan 'Oke, sekarang saya perlu menggunakan aplikasi ini dan menjalankannya di bagian ini di CPU, bagian ini di sini, bagian ini di sana,'” kata Svore. “Sama halnya dengan komputasi kuantum. Kami ingin akseleratornya berjalan mulus.”

Komunitas kuantum

Pemrogram dapat memperkenalkan diri mereka pada Q# melalui serangkaian tutorial gratis yang disebut Microsoft Quantum Katas. Setiap pelajaran melibatkan “serangkaian tugas pada topik komputasi kuantum tertentu” yang ditantang oleh pemrogram untuk diselesaikan. Menemukan solusi yang tepat adalah tujuannya, namun perjalanan juga sama pentingnya. Katas tidak dimaksudkan untuk diselesaikan dalam sekali jalan. Mereka mengajar melalui trial-and-error, memperkenalkan programmer pada dasar-dasar pemrograman kuantum.

Chris Granade, Research Software Development Engineer di Microsoft, melihatnya sendiri saat menghadiri sesi tutorial yang diselenggarakan oleh University of Technology Sydney. “Sungguh menakjubkan melihat orang-orang bisa beralih dari nol pengetahuan dalam kuantum, menjadi menulisnya,” katanya kepada Digital Trends. “Yang transformatif adalah ketika orang-orang mempunyai kesalahpahaman, mereka tidak menderita karenanya. Mereka dapat menjalankan kata-katanya, mereka dapat melihat jawaban yang salah, dan masukan tersebut benar-benar membuat orang memahaminya secara langsung.”

Pengalaman langsung tersebut segera mengubah komputasi kuantum dari konsep teoritis menjadi kenyataan praktis, yang membuat perbedaan besar dalam cara orang mendekatinya. Pemrogram mungkin tidak membuat objek fisik, tetapi mereka terbiasa melihat masukan sama seperti perajin lainnya. Mereka menciptakan sesuatu dan berhasil – atau tidak. Q# dan Quantum Katas menghadirkan tingkat umpan balik tersebut ke pemrograman kuantum, memberikan kesempatan kepada siapa pun yang tertarik untuk menggali lebih dalam dan memahami apa yang dimungkinkan oleh komputasi kuantum.

Perubahan yang dilihat Granade secara langsung tidak hanya terjadi di ruang kelas. Quantum Development Kit, yang mana Q# merupakan bagiannya, dapat diunduh oleh siapa saja di bawah lisensi sumber terbuka. Pengembang yang tertarik tidak hanya dapat mulai menggunakannya, namun secara aktif berkontribusi kepada komunitas. Svore mengatakan kepada Digital Trends bahwa jumlah unduhan QDK berada di “puluhan ribu teratas,” dan pesertanya telah menambahkan “beberapa kontribusi besar,” termasuk algoritma baru dan dokumentasi.

Meskipun masih khusus, Quantum Development Kit ini menempatkan standar masuk yang cukup rendah bahkan bagi seorang pemula pemrogram dapat mulai bereksperimen dengan Q# dan, dengan melakukan itu, mulai memahami apa yang dimaksud dengan komputasi kuantum kutu. Hal ini bermanfaat tidak hanya bagi pemrogram, tetapi juga bagi seluruh bidang fisika kuantum. Menjelaskan teori kuantum sangat memusingkan bukan hanya karena dunia kuantum itu aneh dibandingkan dengan dunia “klasik” fisika yang diketahui sebagian besar pemrogram, namun juga karena implikasi praktis dari fisika kuantum mungkin sulit untuk dipahami mendemonstrasikan.

Komputer klasik berurusan dengan biner absolut. 1 dan 0. Mati atau hidup. Quantum berkaitan dengan probabilitas, dan pemrograman untuk kuantum berarti menciptakan algoritma yang memanipulasi probabilitas untuk menghasilkan solusi yang tepat. “Anda tahu gelombang ini mencakup solusi saya. Gelombang-gelombang lain ini bukanlah solusi. Jadi, saya ingin gelombang-gelombang itu, ketika mengganggu, hilang,” jelas Svore. “Dan saya ingin gelombang yang mencakup solusi saya menjadi sangat besar. Pada akhirnya, kami mengukur keadaan kuantum. Kemungkinan keluarnya gelombang tinggi semakin besar kemungkinannya semakin tinggi gelombang tersebut. Begitulah cara kami merancang algoritma kuantum.”

Apakah Anda mengerti apa yang dimaksud dengan Svore?

Jika tidak, jangan merasa buruk. Tidak mudah untuk dipahami, dan tidak mudah untuk didemonstrasikan. Bahkan eksperimen pemikiran yang dimaksudkan untuk menyederhanakan mekanika kuantum, seperti kucing Schrodinger yang terkenal, dapat membuat Anda menggaruk-garuk kepala.

Microsoft berharap bahwa Q#, dan Quantum Katas, akan menawarkan alternatif praktis untuk mendekati subjek ini. “Anda tidak perlu mengetahui fisika. Anda tidak perlu mengetahui mekanika kuantum. Faktanya, saya akui saya tidak mengambil mekanika kuantum sampai lulus sekolah,” kata Svore. “Saya memasuki komputasi kuantum tanpa pernah mengambil fisika di perguruan tinggi. Saya seorang ilmuwan komputer berdasarkan pelatihan.”

Pemrograman kuantum dapat menjadi jendela wawasan dengan memberikan kesempatan kepada pemrogram untuk memanfaatkan teori kuantum secara praktis tanpa membuang alat yang selama ini mereka andalkan. Tidak perlu menghabiskan waktu bertahun-tahun untuk mempelajari fisika. Langsung saja masuk, buat aplikasi yang menggunakan Q#, dan lihat apa yang terjadi.

Mempersiapkan hari esok

Penggunaan praktis Q# saat ini terbatas karena tidak ada perangkat keras yang dapat digunakan. Microsoft belum membuat komputer kuantum, dan meskipun demikian, akan terlalu primitif untuk melakukan penghitungan yang berguna. Tetapi seorang programmer dapat memeriksa pekerjaannya dengan menjalankan Q# pada komputer kuantum yang disimulasikan. Hal ini memungkinkan untuk membuat kode program kuantum dengan harapan yang masuk akal bahwa, setelah perangkat keras tersedia, program tersebut akan berfungsi.

Itu sangat penting. Komputer kuantum bukan hanya PC modern yang lebih baik. Keduanya pada dasarnya berbeda. Mereka memerlukan perangkat keras yang berbeda, algoritma yang berbeda, dan pendekatan yang berbeda untuk memecahkan masalah yang kompleks. Sekalipun penjelajah waktu muncul dengan komputer kuantum jutaan qubit yang berfungsi dan stabil, kita akan kesulitan menggunakannya, sama seperti para sarjana Romawi yang akan bingung jika diberikan laptop. 99,9 persen pengembang, pemrogram, dan ilmuwan komputer modern tidak memiliki pengalaman dalam coding kuantum, dan tidak tahu cara kerja fisika kuantum. Dasar-dasarnya harus diperkenalkan sebelum penemuan yang lebih mengesankan dapat dilakukan.

Pengajaran itu akan memakan waktu – tetapi Q# Microsoft adalah sebuah langkah maju yang penting.

Rekomendasi Editor

• ChatGPT sekarang dapat menghasilkan kunci Windows 11 yang berfungsi secara gratis
• Microsoft mungkin telah mengabaikan peringatan tentang respons Bing Chat yang tidak terkendali
• Peretas Tiongkok menargetkan infrastruktur penting AS, Microsoft memperingatkan
• Anda sekarang dapat mencoba avatar dan ruang virtual di Microsoft Teams
• Microsoft Build 2023: pengumuman terbesar di bidang AI, Windows, dan banyak lagi