Pada 2012, duduk di kolam air panas, fisikawan Seth Lloyd mengusulkan aplikasi internet kuantum kepada pencipta Google, Sergey Brin dan Larry Page. Dia menyebutnya Quoogle: mesin pencari yang menggunakan matematika berdasarkan fisika partikel subatom dan menunjukkan hasil tanpa mengetahui kuerinya sendiri. Lompatan seperti itu akan membutuhkan jenis memori yang benar-benar baru - yang disebut QAMM, atau memori akses acak kuantum.
Meskipun gagasan itu membuat Brin dan Page penasaran, mereka meninggalkannya, kata Lloyd kepada "Gizmodo". Menurutnya, mereka mengingatkan bahwa model bisnis mereka didasarkan pada mengetahui segala sesuatu tentang setiap orang.
Tapi KOSU, sebagai ide, tidak mati. Komputer modern mengingat dengan baik informasi dalam miliaran bit, digit biner sama dengan nol atau satu. RAM, atau memori akses acak, menyimpan informasi untuk waktu yang singkat pada chip silikon, menetapkan setiap bagian informasi ke alamat tertentu, yang dapat diakses secara acak dan dalam urutan apa pun untuk merujuk ke informasi ini nanti. Hal ini membuat komputer lebih cepat, sehingga laptop atau ponsel Anda segera mendapatkan data yang disimpan di RAM, yang sering digunakan oleh aplikasi, daripada mencarinya di penyimpanan, yang jauh lebih lambat. Tetapi suatu saat di masa depan, prosesor komputer dapat digantikan atau ditambah oleh prosesor komputer kuantum, mesin yang mampu menyematkan database raksasa.pembelajaran mesin dan kecerdasan buatan. Komputer kuantum masih merupakan teknologi yang baru lahir, tetapi jika mereka dapat menjalankan algoritme yang berpotensi menguntungkan ini, mereka akan membutuhkan cara baru untuk mengakses RAM. Mereka membutuhkan TUBUH.
“KRAM bisa menjadi aplikasi hebat yang membuat perangkat kuantum dari Google dan IBM langsung berguna,” kata Lloyd Gizmodo.
Komputer klasik seperti ThinkPad, Iphone, dan superkomputer paling canggih melakukan semua operasinya dengan menerjemahkan data ke dalam satu atau banyak kombinasi bit, nol, dan satu. Bit berinteraksi satu sama lain, akhirnya menghasilkan kombinasi nol dan satu lainnya. Komputer kuantum juga menghasilkan hasil akhir berupa satu dan nol. Tetapi saat penghitungan berlanjut, bit kuantum, atau qubitnya, saling berkomunikasi dengan cara baru, melalui hukum fisika yang mengatur elektron. Daripada hanya menjadi nol atau satu, setiap qubit dapat berupa keduanya saat menghitung, menggunakan persamaan matematika yang mengenkripsi probabilitas mendapatkan nol atau hanya satu saat Anda menguji nilainya. Beberapa qubit menggunakan persamaan yang lebih kompleks,yang mengacu pada nilai qubit sebagai objek matematika tunggal. Hasilnya adalah satu atau lebih string biner yang mungkin, nilai akhirnya ditentukan oleh probabilitas dalam persamaan.
Pendekatan matematis yang aneh ini - qubit tetap menjadi persamaan sampai Anda menghitungnya, dan kemudian terlihat seperti bit lagi, tetapi nilainya juga dapat menyertakan elemen keacakan - memungkinkan Anda untuk memecahkan masalah yang secara tradisional sulit dilakukan oleh komputer. Salah satu tantangan tersebut adalah penguraian bilangan besar menjadi bilangan prima, yang memecah algoritme yang digunakan untuk menyimpan data terenkripsi dalam jumlah besar - sebuah perkembangan yang bisa menjadi "bencana" bagi keamanan siber. Ini juga dapat berfungsi sebagai cara baru untuk memproses kumpulan data besar, seperti yang digunakan dalam pembelajaran mesin (seperti sistem pengenalan wajah lanjutan).
Komputer kuantum masih tidak lebih baik dari komputer konvensional. IBM memberi ilmuwan dan wirausahawan akses ke prosesor 20-qubit yang berfungsi, dan Rigetti ke prosesor 19-qubit, sementara superkomputer tradisional dapat mensimulasikan kekuatan kuantum hingga 50 qubit. Meskipun demikian, fisikawan John Preskil baru-baru ini mengumumkan bahwa teknologi memasuki era baru di mana komputer kuantum akan segera berguna untuk lebih dari sekadar hiburan eksperimen fisika. Pemerintah AS menganggap serius teknologi kuantum karena kepentingannya bagi keamanan siber, dan banyak fisikawan serta pemrogram mencari ceruk baru untuk mereka.
Banyak peneliti juga berharap menemukan aplikasi untuk komputer kuantum dalam pengembangan kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin menggunakan algoritma kuantum. Algoritme semacam itu kompleks dan melibatkan sejumlah besar informasi, sehingga membutuhkan alternatif kuantum untuk RAM: qRAM.
Video promosi:
Quantum RAM bukanlah miliaran bit yang disimpan dalam beberapa qubit. Sebaliknya, ini adalah cara bagi komputer kuantum untuk menerapkan operasi kuantumnya ke daftar besar data yang ditemukan dalam masalah pembelajaran mesin. Pada akhirnya, RAM biasa terdiri dari data yang perlu dijalankan program, dan program dapat mengaksesnya dengan menentukan alamat bit - dengan cara yang sama Anda bisa mendapatkan jumlah sel dengan mengetik (A2 + B2) alih-alih mengetik angka setiap kali. secara manual. Algoritme kuantum harus mengakses memori akses acak biasa di tingkat kuantum - dalam pengertian yang paling primitif, algoritme tersebut membuat superposisi di mana selnya adalah A2 dan B2 pada saat yang sama, dan baru setelah itu, setelah kalkulasi selesai, menunjukkan nilai A2 atau B2. Tidak ada kuantum tentang memori seperti itu - kuantum adalah cara Anda mengakses dan menggunakannya.
Faktanya, jika Anda memiliki banyak data yang disimpan - seperti, misalnya, dalam database untuk melatih chatbots - maka mungkin ada algoritme kuantum yang mampu lebih dari komputer biasa saat mencari data atau pesan dari sesuatu yang penting. … Ini bisa sangat menguntungkan baik bagi industri keuangan maupun perusahaan seperti Google, dan tentu saja itu akan membutuhkan RAM kuantum.
Sebuah artikel di QRAM, yang ditulis oleh Lloyd dan timnya sepuluh tahun lalu, menjelaskan satu cara untuk mengakses hanya alamat-alamat tersebut dalam memori yang diperlukan untuk superposisi, menggunakan sesuatu yang mereka sebut "rantai api kuantum." Pada dasarnya, karena setiap alamat dalam RAM hanyalah urutan bit, ini dapat dianggap sebagai pohon percabangan, di mana setiap qubit adalah penunjuk yang memberi tahu komputer untuk berbelok ke kiri atau kanan. Ini berfungsi di komputer konvensional juga, tetapi komputer kuantum dengan hanya dua pilihan pasti akan melibatkan jalur ekstra di setiap belokan, yang pada akhirnya mengarah ke keadaan kuantum yang sangat besar dan rapuh yang dapat dengan mudah hancur di lingkungan non-kuantum. Lloyd dan rekan-rekannya mengusulkan struktur pohon,di mana setiap cabang secara otomatis ditahan dalam mode siaga, memungkinkan komputer untuk hanya bergerak di cabang kanan atau kiri (samping) untuk mengakses memori yang diinginkan tanpa melibatkan informasi yang tidak perlu. Perbedaannya cukup bersifat teknis, tetapi ini dirancang untuk secara signifikan mengurangi daya yang dibutuhkan untuk menyelesaikan masalah semacam ini dalam pembelajaran mesin.
"Sebagian besar algoritme yang digunakan dalam penelitian memerlukan semacam memori kuantum," komentar Michelle Mosca, ilmuwan di Universitas Waterloo di Kanada yang juga meneliti memori kuantum, untuk Gizmodo. "Apa pun yang mengurangi biaya RAM kuantum yang diterapkan juga dapat secara dramatis mengurangi waktu sebelum munculnya komputer kuantum sehari-hari."
Tapi kami masih pada tahap yang sangat, sangat awal dalam pengembangan pemrograman kuantum. Saat ini, cara komputer lama mengingat informasi tampaknya hampir menggelikan. RAM terdiri dari loop magnet yang dihubungkan oleh kabel, di mana setiap loop berhubungan dengan satu bit, dan orientasi medan magnet pada kumparan mewakili maknanya. Komputer Amerika pertama yang tersedia secara komersial, UNIVAC-I, dikenal karena menyimpan data dengan mengubah impuls listrik menjadi gelombang suara menggunakan merkuri cair. Memori itu tidak memiliki akses acak - Anda tidak bisa mendapatkan data apa pun yang Anda inginkan kapan saja, tetapi hanya dalam urutan penyimpanannya. Dan itu dianggap teknologi mutakhir.
“Itu adalah sebuah karya seni,” jelas Chris Garcia, kurator Museum Sejarah Komputer. "Pada saat itu mereka mencoba semua yang mereka bisa dan berharap beberapa di antaranya akan berhasil." Pada saat itu, solusi semacam itu lebih unggul dari semua solusi sebelumnya. Saat ini komputer menyimpan memori pada microchip yang terbuat dari bahan khusus yang disebut "semikonduktor", yang menjadi mungkin tidak hanya karena kemajuan ilmu pengetahuan, tetapi juga berkat proses yang membuat penyimpanan silikon jauh lebih murah daripada penyimpanan dari kumparan magnet kecil.
Seperti apa bentuk memori kuantum? Kemungkinan besar tidak seperti yang dibayangkan Lloyd dan rekan-rekannya. Pada konferensi tahun lalu, fisikawan bercanda bahwa bidang komputasi kuantum mungkin beralih ke analog lain dari tong merkuri cair. Tentunya kita akan memiliki kemajuan teknologi dan matematika baru yang akan mengoptimalkan komputer dan metodenya dalam menyimpan informasi.
Lloyd setuju dengan ini. “Saya ingin sekali melihat seseorang menyebarkan ide kami,” katanya. "Jika kita dapat menerjemahkan informasi biasa ke dalam keadaan kuantum, ini akan menjadi aplikasi komputer kuantum yang luar biasa dalam jangka pendek." Lagipula, komputer lebih dari sekadar kemampuan mereka untuk menjalankan algoritme yang canggih. Mereka memungkinkan algoritma ini digunakan untuk memproses dan mengatur data untuk membuat sesuatu yang berguna.
Dan mungkin suatu saat kita akan benar-benar menggunakan Google kuantum.
Ryan F. Mandelbaum
