Komputer kuantum, secara teori, dapat merevolusi komputasi. Tapi ini tidak akan terjadi di masa mendatang, dan pernyataan Google tentang mencapai "supremasi kuantum" adalah hype demi hype.
Komputer kuantum akan dapat melakukan tugas yang membutuhkan waktu ribuan tahun untuk diselesaikan oleh komputer non-kuantum. Namun, sementara kemampuan teknis produk baru terbatas. Upaya untuk menunjukkan keunggulan mereka atas komputer klasik - yang disebut superioritas kuantum - tidak tahan terhadap kritik serius. Mari kita coba memahami alasannya.
Apa yang diberikan komputer kuantum
Saat bekerja, komputer kuantum tidak mengandalkan bit, seperti komputer biasa, tetapi pada qubit (bit kuantum). Bit memiliki nilai 0 atau 1, tetapi qubit dapat berada dalam status | 0⟩ dan | 1⟩, serta dalam superposisinya. Artinya, dengan probabilitas tertentu, nilainya secara bersamaan dapat berupa analog nol, atau analog satu. Dengan kata lain, alih-alih keadaan biasa, nol atau satu nilai dijelaskan oleh variabel kontinu, yang disebut amplitudo kuantum. Komputer biasa dengan selusin bit yang berfungsi dapat memiliki pangkat 2 pangkat sepuluh dari status sederhana yang jelas (dalam urutan seribu). Sebuah kuantum akan memiliki jumlah variabel kontinu yang sama: yaitu, "isinya" akan lebih kompleks secara radikal.
Ini menunjukkan bahwa bahkan qubit dasar jauh lebih kompleks daripada bit biasa. Sama lebih kompleksnya adalah interaksi bit kuantum relatif terhadap yang biasa. Jika satu bit dapat dengan beberapa probabilitas memiliki dua nilai yang berbeda sekaligus, dalam satu operasi dengannya Anda dapat memproses kedua kemungkinan status ini secara bersamaan. Karena itu, kelompok qubit harus mencapai keunggulan komputasi yang sangat besar dibandingkan kelompok bit biasa. Tentu saja, keunggulan hanya dapat dicapai dengan penggunaan algoritme khusus yang dapat memperhitungkan kemampuan baru komputer kuantum.
Komputasi kuantum akan memberikan efek terbesar di bidang jaringan saraf, yang saat ini dikaitkan dengan kemungkinan menciptakan kecerdasan buatan, sebanding dengan alam. Algoritme kuantum Shor memungkinkan Anda memfaktorkan bilangan besar dengan cepat. Ini berarti bahwa ia dapat "mematahkan" sebagian besar sistem kriptografi kuat yang ada.
Jadi Anda dapat meretas kartu kredit, dan bahkan bersaing untuk dompet orang lain dengan cryptocurrency. Ada banyak lagi kemungkinan aplikasi komputasi kuantum, tetapi kecerdasan buatan dan kriptografi pemecah saat ini adalah yang paling dapat dipahami secara teoritis.
Mengapa mereka belum mengambil alih dunia
Terlepas dari semua ini, masih belum ada komputer kuantum yang cukup efisien. Mari kita tekankan: pada tingkat teknis yang ada, umumnya tidak diketahui kapan mereka akan muncul. Selain itu, di antara para ilmuwan, termasuk ilmuwan Rusia, ada yang menganggap masalah ini pada dasarnya tidak dapat dipecahkan untuk komputer kuantum yang sangat besar.
Faktanya adalah bahwa komputer kuantum terkecil yang praktis dan berguna harus memiliki antara seribu dan seratus ribu qubit. Ini berarti bahwa akan ada setidaknya 2 ribu variabel kontinu di dalamnya - atau sekitar 10 pangkat tiga ratus. Jumlah semua partikel di alam semesta kurang dari 10 pangkat seratus. Artinya, jumlah keadaan kontinu dalam komputer kuantum dengan daya yang berguna akan sedemikian rupa sehingga operasinya akan menjadi hampir mustahil untuk dikendalikan dan membuatnya cukup bebas dari kesalahan.
Jumlah keadaan kontinu dalam komputer kuantum dengan daya yang berguna akan sedemikian rupa sehingga operasinya akan menjadi hampir mustahil untuk dikendalikan dan membuatnya cukup bebas dari kesalahan.
Jika seribu bit komputer biasa dapat berisi sejumlah kecil kesalahan karena operasi yang salah dari satu bit (transistor), maka ini dapat dengan mudah diperbaiki dengan duplikasi: prosesor bekerja "melewati" bit yang dioperasikan secara tidak benar. Namun, tidak mungkin untuk terus-menerus menjalankan perhitungan melewati variabel kontinu yang "salah". Variabel jauh lebih kompleks daripada nol atau satu sederhana. Ini adalah kekuatan komputer kuantum dan kelemahannya. Karena kompleksitas nilai qubit ini, sangat sulit untuk mengontrol kemungkinan kesalahan di dalamnya.
Untuk mengatasi masalah, opsi koreksi kesalahan diusulkan. Jika kemungkinan kesalahan saat mengganti qubit tidak lebih tinggi dari nilai tertentu, maka Anda dapat membagi satu qubit logis menjadi beberapa fisik dan mencoba memperbaiki kesalahan "bertahap", karena lebih mudah untuk melakukan ini dengan membagi tugas ke dalam tahapan. Ini sepertinya solusi yang bagus. Namun, pada akhirnya, komputer kuantum yang berguna tidak akan dimulai dari seribu, tetapi dari satu juta qubit. Artinya, tugas mengendalikan kesalahannya akan kembali menjadi jauh lebih sulit.
Karena semua ini, Komisi untuk Memerangi Ilmu Semu dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia telah lama menerbitkan materi yang menyatakan bahwa komputer kuantum yang besar dan praktis berguna tidak akan dikembangkan dalam waktu dekat. Artinya, ya, secara teoritis mereka mungkin (juga, misalnya, bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya), tetapi pada kenyataannya tidak ada cara praktis yang dapat dibayangkan untuk ini.
Yang dibanggakan Google
Para peneliti di raksasa Internet Amerika menerbitkan sebuah artikel di Nature di mana mereka mengatakan mereka menunjukkan - untuk pertama kalinya dalam sejarah dunia - "superioritas kuantum." Artinya, mereka menghadirkan komputer kuantum yang dapat memecahkan masalah yang praktis tidak dapat dipecahkan oleh superkomputer biasa.
Untuk melakukan ini, mereka menggunakan prosesor kuantum Sycamore dengan 54 qubit sekaligus, 53 di antaranya dapat digunakan secara bersamaan. Penciptaan prosesor ini merupakan pencapaian yang luar biasa. Jumlah total variabel kontinunya adalah 9 007 199 254 740 992 (2 pangkat 53). Itu sembilan kuadriliun (juta miliar). Mengontrol kesalahan komputasi dalam prosesor seperti itu sangat sulit. Bahwa Google mampu membuat prosesor ini sama sekali merupakan pencapaian luar biasa, di garis depan dari apa yang mungkin bagi umat manusia saat ini.
Tetapi, seperti yang kami sebutkan di atas, komputer kuantum yang praktis berguna dimulai dari seribu qubit tanpa koreksi kesalahan dan dari satu juta qubit dengannya. Dengan demikian, Sycamore bahkan tidak bisa mendekati menyediakan komputer kuantum yang praktis berguna.
Bagaimana Google menggunakannya untuk menunjukkan "superioritas kuantum" di atas komputer klasik? Sederhana: peneliti perusahaan secara khusus memilih tugas untuknya di mana komputer kuantum harus mengatasi jauh lebih baik dari biasanya. Urutan perintah dimasukkan ke komputer, setelah dieksekusi, baris 53 angka dibaca, yang masing-masing sesuai dengan keadaan qubit prosesor. Tugas ini dilakukan berkali-kali - sesuai dengan prinsip yang sama seperti pada program benchmark pada komputer biasa.
Peneliti perusahaan secara khusus memilih tugas untuknya, di mana komputer kuantum harus mengatasi jauh lebih baik dari biasanya.
Setelah hasilnya dicatat, mereka dibandingkan dengan statistik yang diharapkan untuk melakukan tes semacam itu. Karena benchmark melakukan urutan perintah yang terkenal, statistik hasil dapat diprediksi dengan akurasi yang cukup tinggi.
Tes itu sendiri, yang dijelaskan di atas, murni "benchmark demi benchmark". Ini tidak memiliki aplikasi praktis yang dapat dibayangkan. Tetapi penulis artikel terkait di Nature yang bekerja untuk Google, menggunakan tolok ukur ini, dapat menyatakan hal berikut:
“Prosesor Sycamore kami [menyelesaikan tugas pengujian] dalam 200 detik … Tolok ukur kami menunjukkan bahwa tugas serupa untuk superkomputer klasik akan memakan waktu sekitar 10 ribu tahun. Lompatan kecepatan ini, realisasi eksperimental dari supremasi kuantum."
Tentu saja, jika seseorang melakukan satu tugas dalam 200 detik, dan yang lain dalam sepuluh ribu, maka keunggulannya jelas. Dalam hal ini, "superioritas kuantum". Bagaimanapun, ini didefinisikan sebagai kemampuan komputer kuantum untuk melakukan apa yang secara praktis tidak dapat dilakukan oleh komputer biasa. Superkomputer modern akan rusak sebelum sepuluh ribu tahun beroperasi terus-menerus, yaitu, mereka tidak dapat menyelesaikan tugas Sycamore sama sekali.
Mengapa Google bangga dengan ini dengan sia-sia
Ini terlihat sederhana. Orang-orang yang bekerja untuk Google membangun komputer tanpa penggunaan praktis dan mengambil tugas untuk itu bahwa komputer kuantum - bahkan tidak berguna dalam perhitungan praktis - masih harus melakukan lebih baik daripada superkomputer biasa. Seolah-olah kita mengambil juara berkaki satu dan membiarkannya berlomba melawan Usain Bolt, melarangnya menggunakan kaki lainnya. Tampaknya sedikit tidak jujur, tetapi secara formal - ya, yang berkaki satu menunjukkan keunggulan dibandingkan yang berkaki dua.
Tidak juga. Sebagaimana dicatat oleh para peneliti dari IBM, penulis karya di Nature "sedikit" bermain-main dengan gagasan Google. Mereka mengevaluasi pelaksanaan program pengujian oleh Sycamore, dengan asumsi bahwa superkomputer klasik akan mengandalkan instruksi yang sama menggunakan RAM. Namun, dalam kehidupan nyata, superkomputer dan komputer umumnya memiliki lebih dari sekadar memori akses acak.
Orang-orang IBM memperkirakan bahwa jika sebuah superkomputer menggunakan RAM dan hard disk saat melakukan pengujian yang sama, ia dapat melakukannya dalam 2, 5 hari, atau beberapa ratus ribu detik. Ini seribu kali lebih lambat, artinya, kita tidak lagi berbicara tentang "superioritas kuantum" dalam arti harfiah.
Tentu saja, prosesor kuantum melakukan tugas khusus untuk itu seribu kali lebih cepat daripada yang klasik. Tapi apa gunanya jika tidak ada masalah seperti itu sama sekali di luar patokan untuk "membuktikan" keunggulan komputer kuantum?
Tapi apa gunanya jika tidak ada masalah seperti itu sama sekali di luar patokan untuk "membuktikan" keunggulan komputer kuantum?
Untuk meringkas: Google mencoba untuk memotong hype pada "bukti superioritas kuantum" dan melibatkan Alam dalam usaha yang meragukan. Faktanya, tidak ada bukti superioritas kuantum.
Selain itu, baik peneliti Rusia maupun IBM meragukan secara umum bahwa komputer kuantum akan pernah menunjukkan keunggulan praktis atas komputer klasik di masa depan. Mereka akan menambahkan - ya, tetapi Anda seharusnya tidak mengharapkan keajaiban dari mereka. Di abad ini, kecerdasan buatan tidak akan dibuat berdasarkan mereka dan kartu debit atau dompet kripto Anda tidak akan diretas. Berhati-hatilah untuk tidak mempercayai berita utama yang sensasional tanpa memeriksa semua yang ada di bawahnya sampai akhir.