Komputer Kuantum, Komputer Masa Depan
Pengantar
Suatu ketika Hamlet berkata pada Horotio : masih lebih banyak lagi sesuatu di sorga dan di bumi dari pada apa yang dimimpikan dalam filsafatmu, Horotio. Kalimat tersebut barangkali tepat pula bila ditujukan kepada para fisikawan di akhir abad ke-19. Memasuki permulaan abad ke-19, perkembangan dalam penelitian fisika klasik dapat dikatakan tidak mengalami kemajuan yang berarti. Pada saat itu, hampir semua bidang studi yang berhubungan dengan fisika, seperti mekanika, gelombang, bunyi, optik, listrik, magnet dan sebagainya telah dikuasai semuanya. Menjelang akhir abad ke-19, sebagian besar fisikawan merasa puas dengan pengetahuan yang mereka kuasai. Mereka mengira bahwa setiap hal penting dalam fisika sudah diketahui, dan merasa tidak akan ada lagi penemuan-penemuan besar untuk menjelaskan fenomena alam. Persoalan-persoalan yang masih ada dalam fisika diyakini akan dapat dipecahkan menggunakan kerangka teori yang suatu ketika dapat ditemukan.
Teori Kuantum
Pada tahun 1900, fisikawan berkebangsaan Jernam Max Planck (1858-1947), memutuskan untuk mempelajari radiasi benda hitam. Beliau berusaha untuk mendapatkan persamaan matematika yang menyangkut bentuk dan posisi kurva pada grafik distribusi spektrum. Planck menganggap bahwa permukaan benda hitam memancarkan radiasi secara terus-menerus, sesuai dengan hukum-hukum fisika yang diakui pada saat itu. Hukum-hukum itu diturunkan dari hukum dasar mekanika yang dikembangkan oleh Sir Isaac Newton. Namun dengan asumsi tersebut ternyata Planck gagal untuk mendapatkan persamaan matematika yang dicarinya. Kegagalan ini telah mendorong Planck untuk berpendapat bahwa hukum mekanika yang berkenaan dengan kerja suatu atom sedikit banyak berbeda dengan hukum Newton.
Max Planck mulai dengan asumsi baru, bahwa permukaan benda hitam tidak menyerap atau memancarkan energi secara kontinyu, melainkan berjalan sedikit demi sedikit dan bertahap-tahap. Menurut Planck, benda hitam menyerap energi dalam berkas-berkas kecil dan memancarkan energi yang diserapnya dalam berkas-berkan kecil pula. Berkas-berkas kecil itu selanjutnya disebut kuantum. Teori kuantum ini bisa diibaratkan dengan naik atau turun menggunakan tangga. Hanya pada posisi-posisi tertentu, yaitu pada posisi anak tangga kita dapat menginjakkan kaki, dan tidak mungkin menginjakkan kaki di antara anak-anak tangga itu. Dengan hipotesa yang revolusioner ini, Planck berhasil menemukan suatu persamaan matematika untuk radiasi benda hitam yang benar-benar sesuai dengan data percobaan yang diperolehnya. Persamaan tersebut selanjutnya disebut Hukum Radiasi Benda Hitam Planck yang menyatakan bahwa intensitas cahaya yang dipancarkan dari suatu benda hitam berbeda-beda sesuai dengan panjang gelombang cahaya. Planck mendapatkan suatu persamaan : E = hn, yang menyatakan bahwa energi suatu kuantum (E) adalah setara dengan nilai tetapan tertentu yang dikenal sebagai tetapan Planck (h), dikalikan dengan frekwensi(n)kuantumradiasi.
Hipotesa Planck yang bertentangan dengan teori klasik tentang gelombang elektromagnetik ini merupakan titik awal dari lahirnya teori kuantum yang menandai terjadinya revolusi dalam bidang fisika. Terobosan Planck merupakan tindakan yang sangat berani karena bertentangan dengan hukum fisika yang telah mapan dan sangat dihormati. Dengan teori ini ilmu fisika mampu menyuguhkan pengertian yang mendalam tentang alam benda dan materi. Planck menerbitkan karyanya pada majalah yang sangat terkenal. Namun untuk beberapa saat, karya Planck ini tidak mendapatkan perhatian dari masyarakat ilmiah saat itu. Pada mulanya, Planck sendiri dan fisikawan lainnya menganggap bahwa hipotesa tersebut tidak lain dari fiksi matematika yang cocok. Namun setelah berjalan beberapa tahun, anggapan tersebut berubah hingga hipotesa Planck tentang kuantum dapat digunakan untuk menerangkan berbagai fenomena fisika.
|
Teori Kuantum Teori kuantum dari Max Planck mencoba menerangkan radiasi karakteristik yang dipancarkan oleh benda mampat. Radiasi inilah yang menunjukan sifat partikel dari gelombang. Radiasi yang dipancarkan setiap benda terjadi secara tidak kontinyu (discontinue) dipancarkan dalam satuan kecil yang disebut kuanta (energi kuantum).
Jadi :
E = Energi kuantum Planck menganggap hawa energi elektromagnetik yang diradiasikan oleh benda, timbul secara terputus-putus walaupun penjalarannya melalui ruang merupakan gelombang elektromagnetik yang kontinyu.
Hipotesa dari Max Planck dan Einstein menghasilkan rumusan empiris tentang efek fotolistrik yaitu :
Tidak semua fotoelektron mempunyai energi yang sama sekalipun frekuensi cahaya yang digunakan sama. Tidak semua energi foton (hv) bisa diberikan pada sebuah elektron. Suatu elektron mungkin akan hilang dari energi awalnya dalam interaksinya dengan elektron lainnya di dalam logam sebelum ia lenyap dari permukaan. Untuk melepaskan elektron dari permukaan logam biasanya memerlukan separuh dari energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari atom bebas dari logam yang bersangkutan. Penafsiran Einstein mengenai fotolistrik dikuatkan dengan emisi termionik. Dalam emisi foto listrik, foton cahaya menyediakan energi yang diperlukan oleh elektron untuk lepas, sedangkan dalam emisi termionik kalorlah yang menyediakannya. Usul Planck bahwa benda memancarkan cahaya dalam bentuk kuanta tidak bertentangan dengan penjalaran cahaya sebagai gelombang. Sementara Einstein menyatakan cahaya bergerak melalui ruang dalam bentuk foton. Kedua hal ini baru dapat diterima setelah eksperimen Compton. Eksperimen ini menunjukan adanya perubahan panjang gelombang dari foton yang terhambur dengan sudut (f) tertentu oleh partikel bermassa diam (mo). Perubahan ini tidak bergantung dari panjang gelombang foton datang (l). Hasil pergeseran compton sangat kecil dan tidak terdeteksi. Hal ini terjadi karena sebagian elektron dalam materi terikat lemah pada atom induknya dan sebagian lainnya terikat kuat. Jika elektron d timbulkan oleh foton, seluruh atom bergerak, bukan hanya elektron tunggalnya. Untuk lebih memahami tinjauan teori kuantum dan teori gelombang yang saling melengkapi, marilah kita amati riak yang menyebar dari permukaan air jika kita menjatuhkan batu ke permukaan air.
Analogi ini dapat menjelaskan energi yang dibawa cahaya terdistribusi secara kontinyu ke seluruh pola gelombang. Hal ini menurut tinjauan teori gelombang sedangkan menurut teori kuantum, cahaya menyebar dari sumbernya sebagai sederetan konsentrasi energi yang teralokalisasi masing-masing cukup kecil sehingga dapat diserap oleh sebuah elektron. Teori gelombang cahaya menjelaskan difraksi dan interferensi yang tidak dapat dijelaskan oleh teori kuantum. Sedangkan teori kuantum menjelaskan efek fotolistrik yang tidak dapat dijelaskan oleh teori gelombang. Perhatikan gambar berikut :
Gambar 1 (a) Teori gelombang cahaya menjelaskan difraksidan interferensi yang tidak dapat dijelaskan oleh teori kuantum.(b) Teori kuantum menjelaskan efek fotolistrik yang tidak dapat di jelaskan oleh teori gelombang. Bila cahaya melalui celah-celah, cahaya berlalu sebagai gelombang, ketika tiba di layar cahaya berlalu sebagai partikel. Berdasarkan data tersebut, dilakukan eksperimen lanjutan yang meneliti sifat dualisme gelombang dan partikel. |
||||||||||||||||||
Pengakuan terhadap Teori Kuantum
Teori kuantum sangat penting dalam ilmu pengetahuan karena pada prinsipnya teori ini dapat digunakan untuk meramalkan sifat-sifat kimia dan fisika suatu zat. Pengakuan terhadap hasil karya Planck datang perlahan-lahan karena pendekatan yang ditempuhnya merupakan cara berfikir yang sama sekali baru. Albert Einstein misalnya, menggunakan konsep kuantum ini untuk menjelaskan efek foto listrik yang diamatinya. Efek foto listrik merupakan fenomena fisika berupa pancaran elektron dari permukaan benda apabila cahaya dengan energi tertentu menimpa permukaan benda itu. Semua logam dapat menunjukkan fenomena ini. Penjelasan Einstein mengenai efek foto listrik itu terbilang sangat radikal, sehingga untuk beberapa waktu tidak diterima secara umum. Namun ketika Einstein menerbitkan hasil karyanya pada tahun 1905, penjelasannya memperoleh perhatian luas di kalangan fisikawan. Dengan demikian, penerapan teori kuantum untuk menjelaskan efek foto listrik telah mendorong ke arah perhatian yang luar biasa terhadap teori kuantum dari Planck yang sebelumnya diabaikan.
Pada tahun 1913, Niels Bohr, fisikawan berkebangsaan Swedia, mengikuti jejak Einstein menerapkan teori kuantum untuk menerangkan hasil studinya mengenai spektrum atom hidrogen. Bohr mengemukakan teori baru mengenai struktur dan sifat-sifat atom. Teori atom Bohr ini pada prinsipnya menggabungkan teori kuantum Planck dan teori atom dari Ernest Rutherford yang dikemukakan pada tahun 1911. Bohr mengemukakan bahwa apabila elektron dalam orbit atom menyerap suatu kuantum energi, elektron akan meloncat keluar menuju orbit yang lebih tinggi. Sebaliknya, jika elektron itu memancarkan suatu kuantum energi, elektron akan jatuh ke orbit yang lebih dekat dengan inti atom.
Dengan teori kuantum, Bohr juga menemukan rumus matematika yang dapat dipergunakan untuk menghitung panjang gelombang dari semua garis yang muncul dalam spektrum atom hidrogen. Nilai hasil perhitungan ternyata sangat cocok dengan yang diperoleh dari percobaan langsung. Namun untuk unsur yang lebih rumit dari hidrogen, teori Bohr ini ternyata tidak cocok dalam meramalkan panjang gelombang garis spektrum. Meskipun demikian, teori ini diakui sebagai langkah maju dalam menjelaskan fenomena-fenomena fisika yang terjadi dalam tingkatan atomik. Teori kuantum dari Planck diakui kebenarannya karena dapat dipakai untuk menjelaskan berbagai fenomena fisika yang saat itu tidak bisa diterangkan dengan teori klasik. Pada tahun 1918 Planck memperoleh hadiah Nobel bidang fisika berkat teori kuantumnya itu. Dengan memanfaatkan teori kuantum untuk menjelaskan efek foto listrik, Einstein memenangkan hadiah Nobel bidang fisika pada tahun 1921. Selanjutnya Bohr yang mengikuti jejak Einstein menggunakan teori kuantum untuk teori atomnya juga dianugerahi hadiah Nobel Bidang fisika tahun 1922. Tiga hadiah Nobel fisika dalam waktu yang hampir berurutan di awal abad ke-20 itu menandai pengakuan secara luas terhadap lahirnya teori mekanika kuantum. Teori ini mempunyai arti penting dan fundamental dalam fisika. Di antara perkembangan beberapa bidang ilmu pengetahuan di abad ke-20, perkembangan mekanika kuantum memiliki arti yang paling penting, jauh lebih penting dibandingkan teori relativitas dari Einstein. Oleh sebab itu, Planck dianggap sebagai Bapak Mekanika Kuantum yang telah mengalihkan perhatian penelitian dari fisika makro yang mempelajari objek-objek tampak ke fisika mikro yang mempelajari objek-objek sub-atomik. Dengan adanya perombakan dalam penelitian fisika yang dimulai sejak memasuki abad ke-20 ini, maka perhatian orang mulai tertuju ke arah penelitian atom, dan melalui penjelasan teori kuantum inilah manusia mampu mengenali atom dengan baik.
Sebagai konsekwensi atas beralihnya bidang kajian dalam fisika ini, maka muncullah beberapa disiplin ilmu spesialis seperti fisika nuklir dan fisika zat padat. Fisika nuklir yang perkembangannya cukup kontraversial kini menawarkan berbagai macam aplikasi praktis yang sangat bermanfaat dalam kehidupan. Energi nuklir misalnya, saat ini telah mensuplai sekitar 17 % kebutuan energi listrik dunia. Sedang perkembangan dalam fisika zat pada telah mengantarkan ke arah revolusi dalam bidang mikro elektronika, dan kini sedang menuju ke arah nano elektronika.
Cairan Kuantum
Setelah berumur hampir seabad, teori kuantum masih tetap mendapatkan perhatian yang sangat besar di kalangan fisikawan. Hal ini terbukti dengan dimenagkannya hadiah Nobel bidang fisikat untuk tahun 1998 ini oleh tiga kampium fisika kuantum akhir abad 20. Komite Nobel Karolinska Institute di Stockholm, Swedia, pada tanggal 13 Oktober 1998 mengumunkan Prof. Robert B. Laughlin (universitas Stanford, California), Prof. Daniel C. Tsui (Universitas Princeton) dan Prof. Horst L. Stoemer (fisikawan berkebangsaan Jerman yang bekerja di Universitas Columbia, New York dan sebagai peneliti di Bell Labs, New Yersey)sebagainobelis fisika tahun 1998.
Pada tahun 1982, Horst L. Stoemer dan Daniel C. Tsui melakukan eksperimen dasar menggunakan medan magnet sangat kuat pada temperatur rendah berupa superkonduktor yang didinginkan helium cair. Para nobelis fisika itu berjasa dalam penemuan mekanisme aksi elektron dalam medan magnet kuat sehingga membentuk partikel-partikel elementer baru yang bermuatan mirip elektron. Pada tahun yang bersamaan, Robert B. Laughlin juga menginformasikan fenomena serupa. Melalui analisa fisika teori, mereka berhasil menunjukkan bahwa elektron-elektron dalam medan magnet sangat kuat dapat berkondensasi membentuk semacam cairan sehingga melahirkan apa yang disebut sebagai cairan kuantum.
Hasil yang diperoleh ketiga fisikawan tadi sangat penting artinya bagi para peneliti dalam memahami struktur suatu materi, termasuk pembuatan aneka perangkat superkonduktor. Temuan itu juga merupakan terobosan dalam pengembangan teori dan eksperimen fisika kuantum serta pengembangan konsep-konsep baru dalam beberapa cabang fisika moderen. Para nobelis fisika sama-sama mempunyai latar belakang riset dalam pengembangan fisika kuantum yang mempunyai peran penting bagi kemajuan riset pengembangan perangkat fotonik. Temuan para nobelis fisika tahun 1998 ini telah memungkinkan efek kuantum menjadi mudah diamati. Fenomena Efek Hall (Hall effect) dalam fisika yang pertama kali dilaporkan oleh Edwin H. Hall pada tahun 1879 dan sangat menakjubkan itu, kini seakan-akan dapat diamati oleh para fisikawan di manapun.
Komputer Fotonik untuk Komputer Kuantum
Kiprah mekanika kuantum di masa-masa mendatang barang kali masih akan tetap diperhitungkan. Misteri lain yang mungkin lebih besar barangkali masih tersimpan dalam teori kuantum itu. Paling tidak para ilmuwan berharap, dengan mengendarai kuantum mereka akan sampai pada tujuan mewujudkan impian berupa hadirnya perangkat fotonik serta gagasan pembuatan komputer fotonik (komputer kuantum) yang akan mencerahkan kehidupan manusia di awal milenium ketiga ini.
Arun N. Netravali, ilmuwan berdarah India yang menjabat Vice President Research Lucent Technology dan Direktur Bell Labs di AS, telah melakukan terobosan dalam proses pembuatan prosesor fotonik, sehingga beliau pada tahun 1998 menerima penghargaan tertinggi dari perusahaan elektronik NEC, Jepang. Basis dari perangkat fotonik ini bukan lagi pada teknologi silikon seperti yang saat ini banyak diaplikasikan, melainkan mulai bergerak menuju teknologi foton yang memanfaatkan cahaya.
Para ilmuwan sebetulnya sudah sejak lama berusaha mencari alternatif lain dalam mengembangkan komputer elektronik. Mereka umumnya melirik jalam untuk beralih dari komputer elektronik ke komputer fotonik. Banyak kelebihan yang dimiliki komputer fotonik ini jika kelak benar-benar bisa diwujudkan, yaitu :
- Pada komputer elektronik sinyal dibawa oleh berkas elektron, sedang pada komputer fotonik sinyal itu dibawa oleh foton (gelombang elektromagnetik) dalam bentuk cahaya tampak.
- Gerak atau cepat rambat foton cahaya paling tidak mencapai tiga kali lebih cepat dibandingkan cepat rambat elektron. Oleh sebab itu, komputer fotonik akan bekerja jauh lebih cepat dibandingkan komputer elektronik yang saat ini beredar.
- Semua cahaya tidak dapat saling mengganggu (berinterferensi) kecuali jika cahaya-cahaya itu berasal dari satu sumber. Di samping itu, cahaya dapat merambat di dalam serat optis yang lebih ringan dibandingkan logam (tembaga) yang saat ini dipakai sebagai media aliran elektron pada komputer elektronik.
- Pada komputer elektronik data disimpan dalam medium dua dimensi seperti pita magnetik dan yang lainnya, sedang pada komputer fotonik data dapat disimpan secara tiga dimensi dalam medium yang ketebalannya berorde mikro meter. Jadi satu penyimpan fotonik bisa memiliki kapasitas yang setara dengan ribuan penyimpan elektronik.
Kini para ilmuwan telah berhasil menghadirkan sumber cahaya dalam bentuk laser semikonduktor dan LED (Light Emitting Diode) yang dapat dipakai sebagai sumber pembawa sinyal pada komputer fotonik. Teknologi serat optis pun sudah berkembang sedemikian rupa sehingga siap mendukung tampilnya perangkat fotonik. Riset menuju terwujudnya komputer fotonik berkembang sangat pesat dan telah mencapai tingkat yang sangat mengagumkan. Tidak mustahil jika komputer fotonik ini akan segera hadir di hadapan kita dan ikut meramaikan unjuk kecanggihan teknologi moderen di awal milenium tiga ini.
Komputer Kuantum
Komputer kuantum adalah alat hitung yang menggunakan sebuah fenomena mekanika kuantum, misalnya superposisi dan keterkaitan, untuk melakukan operasi data. Dalam komputasi klasik, jumlah data dihitung dengan bit; dalam komputer kuantum, hal ini dilakukan dengan qubit. Teknologi ini adalah salah satu hasil dari “applied Physic”(fisika terapan).
Perkembangan komputer melaju dengan pesatnya. Gordan Moore, salah satu pendiri Intel bahkan mengatakan, kemampuan prosesor komputer (jumlah transistor dan kecepatannya) akan bertambah dua kali lipat setiap 18 bulan. Hal ini telah berlangsung selama hampir empat dasawarsa. Jika hal ini terus berlanjut, diperkirakan ukuran transistor pada tahun 2030 akan menjadi hanya sebesar atom hidrogen. Dengan ukuran sekecil ini, proses fisika dalam sebuah transistor tidak akan mengikuti hukum-hukum fisika klasik, namun mengikuti hukum fisika kuantum. Hal ini membuka cara baru dalam memandang proses pengolahan informasi sekaligus menciptakan harapan untuk menciptakan sebuah komputer yang kemampuannya melebihi kemampuan yang dapat dicapai komputer sekarang ini.
Jika dikatakan, komputer kuantum hanya butuh waktu 20 menit untuk mengerjakan sebuah proses yang butuh waktu 1025 tahun pada komputer saat ini, kita tentu akan tercengang. Hal inilah yang membuat para ilmuwan begitu tertarik untuk mengembangkan kemungkinan terbentuknya komputer kuantum. Meskipun hingga saat ini belum tercipta sebuah komputer kuantum yang dibayangkan oleh para ilmuwan, kemajuan ke arah sanalima tahun ke depan. Setidaknya, begitulah yang dikatakan oleh Raymond Laflamme, ilmuwan dari Massachusetts Institute of Technology (MIT), Amerika Serikat. terus berlangsung. Bahkan yang menarik, ternyata perkembangan komputer kuantum juga mengikuti apa yang dikatakan oleh Gordan Moore di atas. Jika hal ini benar, para ilmuwan akan dapat membangun sebuah komputer kuantum hanya dalam waktu lima tahun ke depan. Setidaknya, begitulah yang dikatakan oleh Raymond Laflamme, ilmuwan dari Massachusetts Institute of Technology.
Sebuah komputer kuantum tidaklah sama dengan komputer klasik. Hal ini tidak dalam hal kecepatan saja, namun juga dalam hal pemrosesan informasi. Sebuah komputer kuantum dapat mensimulasikan sebuah proses yang tidak dapat dilakukan oleh komputer klasik. Hal ini membuat para ilmuwan harus memiliki paradigma baru dalam hal permrosesan informasi.
Selama ini, sebuah komputer bekerja didasarkan hukum-hukum fisika klasik. Informasi didefinisikan secara positif, direpresentasikan secara material dan diproses berdasarkan hukum-hukum fisika klasik. Ketika para fisikawan masuk ke dalam teori kuantum dalam pemrosesan informasi, mereka diharuskan untuk mengubah pandangan mereka mengenai pemrosesan informasi. Lebih jauh lagi, mereka harus mengembangkan sebuah sistem logika baru yang mengikuti hukum-hukum fisika kuantum. Sistem logika baru ini disebut dengan logika kuantum. Sistem logika kuantum berbeda sama sekali dengan sistem logika yang selama ini dipakai, yaitu sistem logika yang dikembangkan oleh Aristoteles.
Dengan sistem logika yang baru, para ilmuwan harus memikirkan sebuah algoritma yang berbeda untuk memproses informasi. Inilah yang sebenarnya merupakan inti dari komputer kuantum. Beberapa algoritma telah dikembangkan dan yang di antaranya telah berhasil ditemukan adalah algoritma Shor yang ditemukan oleh Peter Shor pada tahun 1995. Lewat algoritma Shor ini, sebuah komputer kuantum dapat memecahkan sebuah kode rahasia yang saat ini secara umum digunakan untuk mengamankan pengiriman data. Kode ini disebut kode RSA. Jika disandikan melalui kode RSA, data yang dikirimkan akan aman karena kode RSA tidak dapat dipecahkan dalam waktu yang singkat. Selain itu, pemecahan kode RSA membutuhkan kerja ribuan komputer secara paralel sehingga kerja pemecahan ini tidaklah efektif.
Sebagai contoh, seorang pemecah kode akan membutuhkan waktu 8 bulan dan 1.600 pengguna internet jika ia akan memecahkan kode RSA yang disandikan dalam 129 digit. Jika hal ini mungkin, pengirim data hanya perlu menambahkan digit pada kode RSA-nya agar para pemecah kode membutuhkan waktu yang lebih lama lagi untuk memecahkan kuncinya. Sebagai gambaran, pemecahan kode RSA 140 (140 digit) akan membutuhkan waktu yang lebih lama dari umur alam semesta (15 miliar tahun). Namun, jika pemecah kode menggunakan komputer kuantum, mereka dapat memecahkan kode RSA 140 hanya dalam waktu beberapa detik. Hal inilah yang membuat waswas para pengguna channel komunikasi rahasia saat ini untuk melakukan pengiriman data secara aman.
Awal Pengenalan Ide Komputer Kuantum
Ide mengenai komputer kuantum pertama kali muncul pada tahun 1970-an oleh para fisikawan dan ilmuwan komputer, seperti Charles H. Bennett dari IBM, Paul A. Benioff dari Argonne National Laboratory, Illinois, David Deutsch dari University of Oxford, dan Richard P. Feynman dari California Institute of Technology (Caltech).
Di antara para ilmuwan tersebut, Feynmanlah yang pertama kali mengajukan model yang menunjukkan bahwa sebuah sistem kuantum dapat digunakan untuk melakukan komputasi. Lebih jauh, Feynman juga menunjukkan bagaimana sistem tersebut dapat menjadi simulator bagi fisika kuantum. Dengan kata lain, fisikawan dapat melakukan eksperimen fisika kuantum melalui komputer kuantum.
Pada tahun 1985, Deutsch menyadari esensi dari komputasi oleh sebuah komputer kuantum dan menunjukkan bahwa semua proses fisika, secara prinsipil, dapat dimodelkan melalui komputer kuantum. Dengan demikian, komputer kuantum memiliki kemampuan yang melebihi komputer klasik.
Setelah Deutsch mengeluarkan tulisannya mengenai komputer kuantum, para ilmuwan mulai melakukan riset di bidang ini. Mereka mulai mencari kemungkinan penggunaan dari sebuah komputer kuantum. Pada tahun 1995, Peter Shor merumuskan sebuah algoritma yang memungkinkan penggunaan komputer kuantum untuk memecahkan masalah faktorisasi dalam teori bilangan.
Hingga saat ini, riset di bidang komputer kuantum terus dijalankan di seluruh dunia. Beberapa kendala terus dicari pernyelesaiannya. Berbagai metode dikembangkan untuk memungkinkan terwujudnya sebuah komputer yang memilki kemampuan yang luar biasa ini. Sejauh ini, sebuah komputer kuantum yang telah dibangun hanya dapat mencapai kemampuan untuk memfaktorkan dua digit bilangan. Komputer kuantum ini dibangun pada tahun 1998 di Los Alamos, Amerika Serikat, menggunakan NMR (Nuclear Magnetic Resonance).Laflamme, ilmuwan dari Massachusetts Institute of Technology (MIT), Amerika Serikat.
Komputer Kuantum saat ini
Pada pertengahan Februari lalu, perusahaan D-Wave memperlihatkan kompouter kuantum versi bisnis pertama di dunia melalui internet. Yang tampak pada gambar di atas adalah sirkuit chip kuantum yang di sediakan situs perusahaan tersebut.
Coba bayangkan bagaimana jadinya jika dalam saku kita terpasang komputer dengan kecepatan super tinggi? “Komputer Kuantum” (Quantum Computer) memiliki kemampuan hitung berkali-kali lipat dibanding komputer konvensional sekarang. Pada pertengahan Februari lalu, sebuah perusahaan yang baru berdiri di Kanada menyatakan telah meluncurkan komputer kuantum versi bisnis yang pertama di dunia, menimbulkan komentar dan kesangsian para sarjana maupun ahli terkait. Dan tak bisa tidak membuat kita berimajinasi, apakah era komputer kuantum telah tiba lebih awal?
Komputer kuantum dioperasikan menurut karakteristik mekanika kuantum, menggunakan ilmu informasi kuantum, berdasarkan komputer yang dilandasi sepenuhnya dengan satuan kuantum (qubit). Perusahaan D-Wave yang berada di Vancover, Kanada mengatakan, bahwa komputer yang dikembangkan dengan prinsip mekanika kuantum perusahaan tersebut lebih cepat berkali-kali lipat dibanding sistem operasional komputer yang paling berkualitas di dunia saat ini. Komputer yang diberi nama “Orion” ini, menggunakan teknik cetakan rata yang sistematis, dipadukan dengan sebuah chip niobium superkonduksi dan suhu ultrarendah, dapat mengerjakan 16 qubit. Chip inti harus dingin hingga mendekati titik nol absolut (-125.15ºC), agar supaya dalam proses perhitungannya tetap dalam kondisi kuantum.
Perusahaan D-Wave menuturkan, bahwa komputer kuantum ini bisa mengoperasikan 64 ribu hitungan secara bersamaan, dan prototipe komputer kuantum yang diperlihatkannya pada 13 Februari lalu merupakan komputer tipe bisnis yang pertama di dunia, di dalamnya ditanami chip kuantum yang dapat mengoperasikan 16 qubit. Perusahaan tersebut berencana dalam waktu 18 bulan ke depan, kecepatannya akan dinaikkan hingga 32 qubits pada akhir tahun 2007 ini, dan pada 2008 mendatang kecepatannya akan dinaikkan 512 qubits hingga 1024 qubits, dan akan disewakan bagi perdagangan.
Apa kegunaan dari Komputer Kuantum ini ?
Kepala pelaksana perusahaan tersebut yakni Herb Martin mengatakan, bahwa manusia bisa menggunakan komputer kuantum merancang obat-obatan gen. Perusahaan juga bisa menggunakan komputer kuantum untuk mengelola rantai kebutuhan produk mereka. Martin mengatakan : “Coba bayangkan, jika suatu perusahaan memiliki 40 pabrik dan memproduksi satu juta komponen yang tidak sama, maka hal yang harus dicatat itu bukankah tidak sedikit.”
Komputer kuantum juga dapat digunakan melindungi keamanan. Karena peristiwa 9 September, sejumlah besar pemerintah berbagai negara dan perusahaan banyak yang menaruh perhatian pada ilmu statistik biologi, telah membentuk sejumlah besar tentang gambar obyek, sidik jari yang hendak mereka lacak. Orang yang terdaftar sebagai teroris, di mana meski bisa dengan aman lolos dari pemeriksaan pabean. Dengan adanya komputer kuantum pada dasarnya bisa dengan cepat kembali memeriksa apakah pihak lain itu teroris atau bukan melalui gudang arsip yang telah di input lebih dulu oleh dinas keamanan.
Martin menuturkan, bahwa dengan diluncurkannya produk tersebut membuktikan konsepsi teknologi perdagangan komputer kuantum ini. Customer perusahaan D-Wave adalah kalangan perdagangan. Tokoh dari kalangan perdagangan tidak peduli bagaimana teknologi ini dapat dioperasikan, asalkan bisa menyelesaikan pola perdagangan yang rumit mereka. Sesungguhnya, komputer dari perusahan D-Wave ini adalah sebuah komponen campuran, yang dipadukan dengan chip kuantum sebagai co-processor. Bagian terpenting adalah chip kuantum ini, terbuat dari bahan superkonduksi aluminium niobium. Mengapa komputer kuantum bisa mencapai hitungan cepat, adalah karena satuan data dasarnya adalah qubits, bisa secara bersamaan mengerjakan 0 dan 1 sekaligus dengan cepat mengerjakan semua qubits.
Sebagian besar insinyur berpendapat bahwa teknologi komputer kuantum masih harus di lalui dengan sepotong perjalanan yang panjang. Komputer kuantum yang digunakan sedikitnya masih membutuhkan 10 tahun lebih baru bisa dihadirkan. Perusahaan D-Wave yang mempublikasikan prototipe komputer kuantum pada 13 Februari lalu melaui situs net, dan yang lebih membuat sangsi para ahli maupun sarjana terkait adalah kebenarannya. Pada 7 Maret lalu, insinyur NASA dari Laboratorium Jet Propulsion yang terletak di Pasadena California, secara terbuka mengumumkan bahwa mereka memang pernah membuat sebuah chip kuantum khusus untuk perusahaan D-Wave. Bagi insinyur di Laboratorium Microdevices, NASA, membuat sirkuit superkonduksi untuk customer adalah hal yang biasa. Mereka juga penah merancang Chip untuk Hypers Inc di New York, selain itu juga pernah membuat perlengkapan pesawat antariksa untuk misi Herchel-nya ESA (European Space Agency).
Apakah komputer kuantum benar-benar tidak lama lagi akan hadir dalam kehidupan nyata sebagaimana yang dikatakan perusahann D-Wave? Sebagian besar perusahaan komputer terkemuka merasa sangsi atas hal ini. Selain itu ada ilmuwan yang berpendapat, bahwa jika memang benar ada sistem kuantum yang demikian praktis, terutama di saat penambahan atau penguraian sandi pada sistem finansial yang masih sangat lemah ini, maka ini akan menjadi satu terobosan teknologi yang penting. Namun ahli juga berpendapat, bahwa jika memang perusahaan kecil seperti D-Wave ini benar-benar memiliki teknologi demikian pasti akan berkembang positif, dalam 5-8 tahun jika mereka mendapatkan teknologi menyelesaikan rancangannya, maka besar kemungkinan akan dicari dan ditampung oleh perintis teknologi kelas berat seperti Intel dan IBM.
Menggunakan komputer kuantum untuk “memprakarsai era baru komputer” adalah impian yang didambakan oleh banyak laboratorium di dunia. Perusahan D-Wave menggunakan chip kuantum dan memadukannnya dengan komputer konvensional untuk memenuhi fungsi perdagangannya, meski jarak bidang dalam ilmu pengetahuan masih cukup panjang, namun ini seakan-akan memberitahu terlebih dahulu bahwa kemungkinan tibanya era kuantum lebih awal. Sejumlah analisator berpendapat, bahwa masalah utama komputer kuantum saat ini terletak pada kesulitan menjalankan bentuk kuantum mikorokosmis. Mungkin kelak di masa mendatang manusia bisa menemukan suatu rancangan yang sepenuhnya baru, dan bahan-bahan yang baru sama sekali. Sama seperti bahan-bahan semi konduktor terhadap perkembangan komputer elektrik.
Teknologi komputer merupakan salah satu teknologi yang paling cepat mengalami perkembangan dan kemajuan. Komputer-komputer yang ada saat ini sudah mencapai kemampuan yang sangat mengagumkan. Tetapi kedahsyatan komputer tercanggih yang ada saat ini pun masih belum bisa memuaskan keinginan manusia yang bermimpi untuk membuat sebuah Supercomputer yang benar-benar memiliki kecepatan super. Komputer yang nantinya layak untuk benar-benar disebut sebagai Komputer Super ini adalah Komputer Kuantum. Teori tentang komputer kuantum ini pertama kali dicetuskan oleh fisikawan dari Argonne National Laboratory sekitar 20 tahun lalu. Paul Benioff merupakan orang pertama yang mengaplikasikan teori fisika kuantum pada dunia komputer di tahun 1981.
Komputer yang biasa kita gunakan sehari-hari merupakan komputer digital. Komputer digital sangat berbeda dengan komputer kuantum yang super itu. Komputer digital bekerja dengan bantuan microprocessor yang berbentuk chip kecil yang tersusun dari banyak transistor. Microprocessor biasanya lebih dikenal dengan istilah Central Processing Unit (CPU) dan merupakan ‘jantung’nya komputer. Microprocessor yang pertama adalah Intel 4004 yang diperkenalkan pada tahun 1971. Komputer pertama ini cuma bisa melakukan perhitungan penjumlahan dan pengurangan saja. Memory komputer menggunakan sistem binary atau sistem angka basis 2 (0 dan 1) yang dikenal sebagai BIT (singkatan dari Binary digIT). Konversi dari angka desimal yang biasa kita gunakan (angka berbasis 10 yang memiliki nilai 0 sampai 9).
Sistem inilah yang selama ini kita gunakan saat kita mengolah informasi menggunakan komputer. Quantum Computer atau Komputer kuantum memanfaatkan fenomena ‘aneh’ yang disebut sebagai superposisi. Dalam mekanika kuantum, suatu partikel bisa berada dalam dua keadaan sekaligus. Inilah yang disebut keadaan superposisi. Dalam komputer kuantum, selain 0 dan 1 dikenal pula superposisi dari keduanya. Ini berarti keadaannya bisa berupa 0 dan 1, bukan hanya 0 atau 1 seperti di komputer digital biasa. Komputer kuantum tidak menggunakan Bits tetapi QUBITS (Quantum Bits). Karena kemampuannya untuk berada di bermacam keadaan (multiple states), komputer kuantum memiliki potensi untuk melaksanakan berbagai perhitungan secara simultan sehingga jauh lebih cepat dari komputer digital. Komputer kuantum menggunakan partikel yang bisa berada dalam dua keadaan sekaligus, misalnya atom-atom yang pada saat yang sama berada dalam keadaan tereksitasi dan tidak tereksitasi, atau foton (partikel cahaya) yang berada di dua tempat berbeda pada saat bersamaan. Apa maksudnya ini? Atom memiliki konfigurasi spin. Spin atom bisa ke atas (up), bisa pula ke bawah (down). Misalnya saat spin atom mengarah ke atas (up) kita beri lambang 1, sedangkan spin down adalah 0 (seperti dalam sistem binary di komputer digital). Atom-atom berada dalam keadaan superposisi (memiliki spin up dan down secara bersamaan) sampai kita melakukan pengukuran. Tindakan pengukuran memaksa atom untuk ‘memilih’ salah satu dari kedua kemungkinan itu. Ini berarti sesudah kita melakukan pengukuran, atom tidak lagi berada dalam keadaan superposisi. Atom yang sudah mengalami pengukuran memiliki spin yang tetap: up atau down. Saat konsep ini diterapkan dalam komputer kuantum, keadaan superposisi terjadi pada saat proses perhitungan sedang berlangsung. Sistem perhitungan pada komputer kuantum ini berbeda dengan komputer digital. Komputer digital melakukan perhitungan secara linier, sedangkan komputer kuantum melakukan semua perhitungan secara bersamaan (karena ada multipletates semua perhitungan dapat berlangsung secara simultan di semua state). Ini berarti ada banyak kemungkinan hasil perhitungan. Untuk mengetahui jawabannya (hasil perhitungannya) kita harus melakukan pengukuran qubit. Tindakan pengukuran qubit ini menghentikan proses perhitungan dan memaksa sistem untuk ‘memilih’ salah satu dari semua kemungkinan jawaban yang ada. Dengan sistem paralelisme perhitungan ini, kita bisa membayangkan betapa cepatnya komputer kuantum. Komputer digital yang paling canggih saat ini (setara dengan komputer kuantum 40 qubit) memiliki kemampuan untuk mengolah semua data dalam buku telepon di seluruh dunia (untuk menemukan satu nomor telepon tertentu) dalam waktu satu bulan. Jika menggunakan computer kuantum proses ini hanya memerlukan waktu 27 menit! Ada satu fenomena ‘aneh’ lain dari mekanika kuantum yang juga dimanfaatkan dalam teknologi komputer kuantum: Entanglement. Jika dua atom mendapatkan gaya tertentu (outside force) kedua atom tersebut bisa masuk pada keadaan ‘entangled’. Atom-atom yang saling terhubungkan dalam entanglement ini akan tetap terhubungkan walaupun jaraknya berjauhan. Analoginya adalah atom-atom tersebut seperti sepasang manusia yang punya ‘telepati’. Jika yang satu dicubit, maka pasangannya (di mana pun ia berada) akan merasa sakit. Perlakuan terhadap salah satu atom mempengaruhi keadaan atom pasangannya. Jika yang satu memiliki spin up (kita baru bisa mengetahuinya setelah melakukan pengukuran) maka kita langsung mengetahui bahwa pasangannya pasti memiliki spin down tanpa kita perlu mengukurnya kembali. Ini melambangkan system komunikasi yang super cepat. Komunikasi menggunakan komputer kuantum bisa mencapai kecepatan yang begitu luar biasa karena informasi dari satu tempat ke tempat lain dapat ditransfer secara instant. Begitu cepatnya sehingga terlihat seakan-akan mengalahkan kecepatan cahaya!
Kesimpulan Penulis.
Saat ini perkembangan teknologi sudah menghasilkan komputer kuantum sampai 7 qubit, tetapi menurut penelitian dan analisa yang ada, dalam beberapa tahun mendatang teknologi komputer kuantum bisa mencapai 100 qubit. Kita bisa membayangkan betapa cepatnya komputer masa depan nanti. Semua perhitungan yang biasanya butuh waktu berbulan-bulan, bertahun-tahun, bahkan berabad-abad pada akhirnya bisa dilaksanakan hanya dalam hitungan menit saja jika kita menggunakan komputer kuantum yang super canggih dan super cepat itu.
Di masa mendatang kita akan menggunakan komputer yang tidak lagi tersusun dari transistor-transistor mini seperti sekarang, Komputer kuantum tidak lagi memerlukan chip komputer yang semakin lama semakin padat karena semakin berlipatgandanya jumlah transistor yang dibutuhkan untuk meningkatkan kinerja komputer. Komputer masa depan justru dipenuhi oleh cairan organic sebagai ‘jantung’nya. Cairan organik ini mengandung atom-atom/partikel-partikel yang bisa berada dalam keadaan superposisi tersebut. Ini berarti, kita benar-benar memanfaatkan zat organik alami untuk menjadi ‘kalkulator’ canggih karena ternyata cairan organik dari alam memiliki bakat berhitung!
Gambar Sistem Komputer masa depan.
Welcome2Malworld 