Apa itu Komputer Quantum?
Berikut ini adalah ringkasan satu kalimat tentang apa itu Komputer Quantum:Komputer Quantum adalah jenis komputer yang menggunakan mekanika Quantum sehingga dapat melakukan jenis komputasi tertentu dengan lebih efisien daripada komputer biasa.Untuk menjelaskan apa itu Komputer Quantum, pertama-tama saya harus menjelaskan sedikit tentang komputer biasa (non-Quantum).
Bagaimana komputer biasa menyimpan informasi
Sekarang, komputer biasa menyimpan informasi dalam serangkaian 0 dan 1.Berbagai jenis informasi, seperti angka, teks, dan gambar dapat direpresentasikan dengan cara ini.
Setiap unit dalam seri 0 dan 1 disebut sedikit. Jadi, sedikit dapat diatur ke 0 atau 1.
Sekarang, bagaimana dengan Komputer Quantum?
Komputer Quantum tidak menggunakan bit untuk menyimpan informasi. Sebagai gantinya, ia menggunakan sesuatu yang disebut qubit.Setiap qubit tidak hanya dapat diatur ke 1 atau 0, tetapi juga dapat diatur ke 1 dan 0. Tapi apa artinya sebenarnya?
Ini akan menjadi contoh tapi itu masih akan membantu dalam memahami cara kerja komputer Quantum.
Contoh sederhana untuk memahami cara kerja Komputer Quantum
Sekarang, anggaplah Anda menjalankan agen perjalanan, dan Anda perlu memindahkan sekelompok orang dari satu lokasi ke lokasi lain.Agar ini tetap sederhana, katakanlah Anda hanya perlu memindahkan 3 orang untuk saat ini - Alice, Becky, dan Chris.
Dan anggaplah Anda telah memesan 2 taksi untuk tujuan ini, dan Anda ingin mengetahui siapa yang naik taksi tersebut.
Juga, anggaplah di sini bahwa Anda diberi informasi tentang siapa yang berteman dengan siapa, dan siapa musuh dengan siapa.
Di sini, katakanlah itu:
Alice dan Becky adalah teman
Alice dan Chris adalah musuh
Becky dan Chris adalah musuh
Dan anggaplah tujuan Anda di sini adalah untuk membagi kelompok yang terdiri dari 3 orang ini menjadi dua taksi untuk mencapai dua tujuan berikut:
Maksimalkan jumlah pasangan teman yang berbagi mobil yang sama
Minimalkan jumlah pasangan musuh yang menggunakan mobil yang sama
Oke, jadi ini adalah premis dasar dari masalah ini. Pertama-tama mari kita pikirkan bagaimana kita akan menyelesaikan masalah ini menggunakan komputer biasa.
Memecahkan masalah ini dengan komputer biasa
Untuk mengatasi masalah ini dengan komputer biasa, non-Quantum, Anda harus terlebih dahulu mengetahui cara menyimpan informasi yang relevan dengan bit.Mari beri label dua taksi, Taksi # 1 dan Taksi # 0.
Kemudian, Anda dapat mewakili siapa yang masuk ke mobil mana dengan 3 bit.
Sebagai contoh, kita dapat mengatur tiga bit ke 0 , 0 , dan 1 untuk mewakili:
Alice masuk ke Taksi # 0
Becky naik ke Taksi # 0
Chris naik ke Taksi # 1
Karena ada dua pilihan untuk setiap orang, ada 2 * 2 * 2 = 8 cara untuk membagi kelompok orang ini menjadi dua mobil.
Berikut daftar semua kemungkinan konfigurasi:
A | B | C
0 | 0 | 0
0 | 0 | 1
0 | 1 | 0
0 | 1 | 1
1 | 0 | 0
1 | 0 | 1
1 | 1 | 0
1 | 1 | 1
Dengan menggunakan 3 bit, Anda dapat mewakili salah satu dari kombinasi ini.
Menghitung skor untuk setiap konfigurasi
Sekarang, menggunakan komputer biasa, bagaimana kita menentukan konfigurasi mana yang merupakan solusi terbaik?Untuk melakukan ini, mari kita tentukan bagaimana kita dapat menghitung skor untuk setiap konfigurasi. Skor ini akan mewakili sejauh mana setiap solusi mencapai dua tujuan yang saya sebutkan sebelumnya:
- Maksimalkan jumlah pasangan teman yang berbagi mobil yang sama
- Minimalkan jumlah pasangan musuh yang menggunakan mobil yang sama
Mari kita mendefinisikan skor kita sebagai berikut:
(skor konfigurasi yang diberikan) = (# pasangan teman berbagi mobil yang sama) - (# pasangan musuh berbagi mobil yang sama)
Sebagai contoh, misalkan Alice, Becky, dan Chris semuanya naik ke Taxi # 1. Dengan tiga bit, ini dapat dinyatakan sebagai 111 .
Dalam hal ini, hanya ada satu pasangan teman yang berbagi mobil yang sama - Alice dan Becky.
Namun, ada dua pasangan musuh yang berbagi mobil yang sama - Alice dan Chris, dan Becky dan Chris.
Jadi, skor total konfigurasi ini adalah 1-2 = -1.
Memecahkan masalah
Dengan semua pengaturan ini, kita akhirnya bisa menyelesaikan masalah ini.Dengan komputer biasa, untuk menemukan konfigurasi terbaik, pada dasarnya Anda harus melalui semua konfigurasi untuk melihat mana yang mencapai skor tertinggi.
Jadi, Anda dapat berpikir tentang membangun tabel seperti ini:
A | B | C | Skor
0 | 0 | 0 | -1
0 | 0 | 1 | 1 <- salah satu solusi terbaik
0 | 1 | 0 | -1
0 | 1 | 1 | -1
1 | 0 | 0 | -1
1 | 0 | 1 | -1
1 | 1 | 0 | 1 <- solusi terbaik lainnya
1 | 1 | 1 | -1
Seperti yang Anda lihat, ada dua solusi yang benar di sini - 001 dan 110, keduanya mencapai skor 1.
Masalah ini cukup sederhana. Dengan cepat menjadi terlalu sulit untuk diselesaikan dengan komputer biasa karena kami meningkatkan jumlah orang dalam masalah ini.
Kami melihat bahwa dengan 3 orang, kami harus melalui 8 konfigurasi yang memungkinkan.
Bagaimana jika ada 4 orang? Dalam hal ini, kita harus melalui 2 * 2 * 2 * 2 = 16 konfigurasi.
Dengan n orang, kita harus melalui (2 pangkat n) konfigurasi untuk menemukan solusi terbaik.
Jadi, jika ada 100 orang, kita harus melalui:
2¹⁰⁰ ~ = 10³⁰ = satu juta juta juta juta juta konfigurasi.
Ini tidak mungkin diselesaikan dengan komputer biasa.
Memecahkan masalah ini dengan Komputer Quantum
Bagaimana kita menyelesaikan masalah ini dengan Komputer Quantum?Untuk memikirkannya, mari kita kembali ke kasus membagi 3 orang menjadi dua taksi.
Seperti yang kita lihat sebelumnya, ada 8 kemungkinan solusi untuk masalah ini:
A | B | C
0 | 0 | 0
0 | 0 | 1
0 | 1 | 0
0 | 1 | 1
1 | 0 | 0
1 | 0 | 1
1 | 1 | 0
1 | 1 | 1
Dengan komputer biasa, menggunakan 3 bit, kami hanya dapat mewakili satu dari solusi ini secara bersamaan - misalnya, 001.
Namun, dengan Komputer Quantum, menggunakan 3 qubit , kami dapat mewakili semua 8 solusi ini secara bersamaan .
Ada perdebatan tentang apa artinya tepatnya, tetapi inilah cara saya berpikir tentang hal itu.
Pertama, periksa qubit pertama dari 3 qubit ini. Ketika Anda menetapkan ke kedua 0 dan 1, itu semacam seperti menciptakan dua dunia paralel. (Ya, ini aneh, tapi ikuti saja di sini.)
Di salah satu dunia paralel itu, qubit diatur ke 0. Di dunia lain, itu diatur ke 1.
Sekarang, bagaimana jika Anda mengatur qubit kedua ke 0 dan 1 juga? Kemudian, ini seperti menciptakan 4 dunia paralel.
Di dunia pertama, kedua qubit diatur ke 00. Di yang kedua, mereka adalah 01. Di yang ketiga, mereka adalah 10. Di yang keempat, mereka adalah 11.
Demikian pula, jika Anda menetapkan ketiga qubit menjadi 0 dan 1, Anda akan membuat 8 dunia paralel - 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, dan 111.
Ini adalah cara yang aneh untuk berpikir, tetapi ini adalah salah satu cara yang tepat untuk menafsirkan bagaimana perilaku qubit di dunia nyata.
Sekarang, ketika Anda menerapkan semacam perhitungan pada ketiga qubit ini, Anda sebenarnya menerapkan perhitungan yang sama di ke-8 dunia paralel tersebut secara bersamaan.
Jadi, alih-alih melalui masing-masing solusi potensial secara berurutan, kita dapat menghitung skor semua solusi secara bersamaan.
Dengan contoh khusus ini, secara teori, Komputer Quantum Anda akan dapat menemukan salah satu solusi terbaik dalam beberapa milidetik. Sekali lagi, itu 001 atau 110 seperti yang kita lihat sebelumnya:
A | B | C | Skor
0 | 0 | 0 | -1
0 | 0 | 1 | 1 <- salah satu soluti terbaik ons
0 | 1 | 0 | -1
0 | 1 | 1 | -1
1 | 0 | 0 | -1
1 | 0 | 1 | -1
1 | 1 | 0 | 1 <- yang terbaik jadi lution
1 | 1 | 1 | -1
Pada kenyataannya, untuk mengatasi masalah ini, Anda perlu memberi dua Komputer Quantum:
- Semua solusi potensial diwakili dengan qubit
- Fungsi yang mengubah setiap solusi potensial menjadi skor. Dalam hal ini, ini adalah fungsi yang menghitung jumlah pasangan teman dan pasangan musuh yang berbagi mobil yang sama.
Dengan dua hal ini, Komputer Quantum Anda akan mengeluarkan salah satu solusi terbaik dalam beberapa milidetik. Dalam hal ini, itu 001 atau 110 dengan skor 1.
Sekarang, secara teori, Komputer Quantum dapat menemukan salah satu solusi terbaik setiap kali dijalankan.
Namun, pada kenyataannya, ada kesalahan saat menjalankan Komputer Quantum. Jadi, alih-alih menemukan solusi terbaik, ia mungkin menemukan solusi terbaik kedua, solusi terbaik ketiga, dan seterusnya.
Kesalahan ini menjadi lebih menonjol karena masalahnya menjadi semakin kompleks.
Jadi, dalam praktiknya, Anda mungkin ingin menjalankan operasi yang sama pada Komputer Quantum puluhan kali atau ratusan kali. Kemudian pilih hasil terbaik dari banyak hasil yang Anda dapatkan.
Bagaimana skala Komputer Quantum
Bahkan dengan kesalahan yang di sebutkan, Komputer Quantum tidak memiliki masalah skala yang sama dengan komputer biasa.Ketika ada 3 orang yang perlu kita bagi menjadi dua mobil, jumlah operasi yang perlu kita lakukan pada Komputer Quantum adalah 1. Ini karena Komputer Quantum menghitung skor semua konfigurasi secara bersamaan.
Ketika ada 4 orang, jumlah operasi masih 1.
Ketika ada 100 orang, jumlah operasi masih 1. Dengan satu operasi, Komputer Quantum menghitung skor semua 2¹⁰⁰ ~ = 10³⁰ = satu juta juta juta juta juta konfigurasi pada saat yang sama.
Seperti yang di sebutkan sebelumnya, dalam praktiknya, mungkin terbaik untuk menjalankan Komputer Quantum Anda puluhan kali atau ratusan kali dan memilih hasil terbaik dari banyak hasil yang Anda dapatkan.
Namun, itu masih jauh lebih baik daripada menjalankan masalah yang sama pada komputer biasa dan harus mengulang jenis komputasi yang sama satu juta juta juta juta juta kali.
D-Wave baru-baru ini meluncurkan lingkungan cloud untuk berinteraksi dengan Komputer Quantum.
Jika Anda seorang pengembang dan benar-benar ingin mencoba menggunakan Komputer Quantum, itu mungkin cara termudah untuk melakukannya.
Ini disebut Leap, dan di https://cloud.dwavesys.com/leap . Anda dapat menggunakannya secara gratis untuk menyelesaikan ribuan masalah, dan mereka juga memiliki tutorial yang mudah diikuti untuk memulai dengan Komputer Quantum setelah Anda mendaftar.