Ilmuwan Rusia memaparkan perkembangan yang, menurut mereka, seharusnya mengubah kehidupan umat manusia secara radikal. Perusahaan teknologi terbesar di dunia sedang mengembangkan komputer kuantum yang dapat berjalan jutaan kali lebih cepat dibandingkan sistem operasi modern. Namun mereka sudah mengakui kemenangan rekan-rekannya.
Tampaknya luar biasa kemarin - komputer kuantum mampu mengungguli semua perangkat yang ada. Mereka begitu kuat sehingga bisa membuka cakrawala baru bagi umat manusia atau menjatuhkan semua sistem keamanan karena mereka bisa meretasnya.
“Komputer kuantum yang berfungsi jauh lebih buruk daripada bom atom,” kata Sergei Belousov, CEO Acronis dan salah satu pendiri Pusat Kuantum Rusia.
Perusahaan terbesar berinvestasi dalam pengembangan: Google, IBM, Microsoft, Alibaba. Namun saat ini sorotan tertuju pada Mikhail Lukin, fisikawan Harvard dan salah satu pendiri Pusat Kuantum Rusia. Timnya berhasil menciptakan komputer kuantum terkuat hingga saat ini.
“Ini adalah salah satu sistem kuantum terbesar yang pernah diciptakan. Kita sedang memasuki rezim di mana komputer klasik tidak dapat mengatasi perhitungan. Kita telah membuat penemuan-penemuan kecil, kita telah melihat dampak-dampak baru yang secara teoritis tidak diperkirakan, yang kini kita dapat, kita coba pahami, namun kita bahkan belum sepenuhnya memahaminya,” kata profesor Universitas Harvard, salah satu pendiri Rusia Pusat Kuantum Mikhail Lukin.
Semua karena kekuatan perangkat tersebut. Perhitungan yang memakan waktu ribuan tahun pada superkomputer saat ini dapat dilakukan oleh komputer kuantum dalam sekejap.
Bagaimana itu bekerja? Di komputer konvensional, informasi dan perhitungan berbentuk bit. Setiap bit bernilai nol atau satu. Namun komputer kuantum didasarkan pada qubit, dan mereka dapat berada dalam keadaan superposisi, di mana setiap qubit bernilai nol dan satu. Dan jika untuk perhitungan apa pun, komputer biasa, secara kasar, perlu membuat urutan, maka perhitungan kuantum terjadi secara paralel, dalam sekejap. Ada 51 qubit seperti itu di komputer Mikhail Lukin.
“Pertama, dia membuat sistem dengan qubit terbanyak. Untuk berjaga-jaga. Pada titik ini, menurut saya jumlah qubitnya dua kali lebih banyak dibandingkan orang lain. Dan dia secara khusus membuat 51 qubit, bukan 49, karena Google terus mengatakan bahwa mereka akan menghasilkan 49 qubit,” jelas Sergei Belousov, CEO Acronis, salah satu pendiri Russian Quantum Center.
Penciptaan komputer kuantum paling kuat telah diprediksi untuknya. John Martinez adalah kepala laboratorium kuantum terbesar di dunia, Google Corporation. Dan dia berencana menyelesaikan komputer 49-qubitnya hanya dalam beberapa bulan.
“22 qubit adalah jumlah maksimum yang dapat kami lakukan, kami menggunakan semua keajaiban dan profesionalisme kami,” katanya.
Martinez dan Lukin tampil di panggung yang sama - di Moskow, pada Konferensi Quantum Internasional Keempat. Namun, para ilmuwan tidak menganggap diri mereka saingan.
“Adalah salah jika menganggapnya sebagai perlombaan. Kita benar-benar berpacu dengan alam. Karena sangat sulit membuat komputer kuantum. Dan sungguh menarik bahwa seseorang berhasil menciptakan sistem dengan begitu banyak qubit,” kata John Martinez, kepala Laboratorium Kecerdasan Buatan Kuantum Google.
Tapi mengapa kita membutuhkan komputer kuantum? Bahkan pembuatnya sendiri pun belum mengetahui secara pasti. Dengan bantuan mereka, materi yang benar-benar baru dan ratusan penemuan dalam fisika dan kimia dapat dikembangkan. Komputer kuantum mungkin satu-satunya hal yang dapat mengungkap misteri otak manusia dan kecerdasan buatan.
“Ketika sebuah penemuan ilmiah dibuat, penciptanya tidak menyadari betapa besarnya kekuatan yang dihasilkannya. Ketika transistor ditemukan, tidak ada yang membayangkan komputer akan dibuat menggunakan transistor ini,” kata Ruslan Yunusov, direktur Pusat Kuantum Rusia.
Salah satu komputer pertama dibuat pada tahun 40-an abad kedua puluh dan beratnya 27 ton. Jika kita bandingkan dengan perangkat modern, maka smartphone biasa sama kuatnya dengan 20.000 mesin tersebut. Dan ini merupakan kemajuan selama lebih dari 70 tahun. Namun jika era komputer kuantum tiba, keturunan kita akan bertanya-tanya bagaimana cara menggunakan barang antik ini.
Ketika berbicara tentang ilmuwan Rusia yang luar biasa, banyak yang mengingat para pahlawan masa lalu - Mendeleev, Pavlov atau Landau, lupa bahwa di antara orang-orang sezaman kita ada banyak peneliti yang luar biasa. Untuk Hari Sains Rusia, “Attic” mengumpulkan nama-nama orang yang membuat penemuan signifikan di abad ke-21.
Fisika
Andrey Geim. Foto: ITAR-TASS/ Stanislav Krasilnikov
Di milenium baru, Hadiah Nobel Fisika diberikan kepada ilmuwan berbahasa Rusia sebanyak tiga kali, meskipun hanya pada tahun 2010 - untuk penemuan yang dilakukan pada abad ke-21. Lulusan MIPT Andrey Permainan Dan Konstantin Novoselov Di laboratorium Universitas Manchester untuk pertama kalinya mereka berhasil memperoleh kristal karbon dua dimensi yang stabil - graphene. Ini adalah film karbon yang sangat tipis - setebal satu atom, yang, karena strukturnya, memiliki banyak sifat menarik: konduktivitas yang luar biasa, transparansi, fleksibilitas, dan kekuatan yang sangat tinggi. Area penerapan baru dan baru terus ditemukan untuk graphene, misalnya dalam mikroelektronika: layar fleksibel, elektroda, dan panel surya dibuat darinya.
Mikhail Lukin. Foto: ITAR-TASS/ Denis Vyshinsky
Lulusan MIPT lainnya, dan sekarang menjadi profesor fisika di Universitas Harvard Mikhail Lukin , melakukan hal yang tampaknya mustahil: dia mematikan lampu. Untuk melakukan ini, ilmuwan menggunakan uap rubidium yang sangat dingin dan dua laser: laser kontrol membuat media konduktif terhadap cahaya, dan laser kedua berfungsi sebagai sumber pulsa cahaya pendek. Ketika laser kontrol dimatikan, partikel-partikel pulsa cahaya berhenti meninggalkan medium, seolah-olah berhenti di dalamnya. Eksperimen ini merupakan terobosan nyata menuju penciptaan komputer kuantum - mesin jenis baru yang mampu melakukan sejumlah besar operasi secara paralel. Ilmuwan melanjutkan penelitiannya di bidang ini, dan pada tahun 2012, kelompoknya di Harvard menciptakan qubit yang berumur paling lama pada saat itu, elemen terkecil untuk menyimpan informasi dalam komputer kuantum. Dan pada tahun 2013, Lukin untuk pertama kalinya memperoleh materi fotonik - sejenis zat, hanya terdiri dari atom, tetapi partikel cahaya, foton. Ini juga direncanakan akan digunakan untuk komputasi kuantum.
Yuri Oganesyan (tengah) bersama Georgy Flerov dan Konstantin Petrzhak. Foto dari arsip elektronik JINR
Ilmuwan Rusia di abad ke-21 telah memperluas tabel periodik secara signifikan. Misalnya, pada Januari 2016, ditambahkan unsur bernomor 113, 115, 117, dan 118, tiga di antaranya pertama kali diperoleh di Joint Institute for Nuclear Research (JINR) di Dubna di bawah kepemimpinan seorang akademisi Akademi Rusia. Ilmu Pengetahuan Yuri Oganesyan . Dia juga mendapat kehormatan untuk menemukan sejumlah unsur superberat lainnya dan reaksi sintesisnya: unsur-unsur yang lebih berat dari uranium tidak ada di alam - unsur-unsur tersebut terlalu tidak stabil, sehingga dibuat secara artifisial dalam akselerator. Selain itu, Oganesyan secara eksperimental menegaskan bahwa untuk unsur superberat terdapat apa yang disebut “pulau stabilitas”. Semua elemen ini meluruh dengan sangat cepat, tetapi pertama-tama secara teoritis dan kemudian secara eksperimental ditunjukkan bahwa di antara elemen-elemen tersebut pasti ada beberapa yang masa hidupnya secara signifikan melebihi masa hidup tetangganya dalam tabel.
Kimia
Artem Oganov. Foto dari arsip pribadi
Ahli kimia Artem Oganov , kepala laboratorium di Amerika Serikat, Cina dan Rusia, dan sekarang juga seorang profesor di Institut Sains dan Teknologi Skolkovo, menciptakan sebuah algoritma yang memungkinkan Anda menggunakan komputer untuk mencari zat dengan sifat yang telah ditentukan, bahkan tidak mungkin dari sudut pandang pandangan kimia klasik. Metode yang dikembangkan oleh Oganov menjadi dasar program USPEX (yang berbunyi seperti kata dalam bahasa Rusia untuk “sukses”), yang digunakan secara luas di seluruh dunia (“Loteng” secara rinci). Dengan bantuannya, magnet dan zat baru yang dapat bertahan dalam kondisi ekstrim, seperti tekanan tinggi, ditemukan. Kondisi seperti itu diasumsikan mungkin ada di planet lain, yang berarti zat yang diprediksi oleh Oganov juga ada.
Valery Fokin. Cluster biofarmasi "Utara"
Namun, penting tidak hanya untuk memodelkan zat dengan sifat yang telah ditentukan, tetapi juga untuk menciptakannya dalam praktik. Untuk mencapai hal ini, paradigma baru diperkenalkan dalam kimia pada tahun 1997, yang disebut kimia klik. Kata “klik” meniru bunyi kait, karena istilah baru diperkenalkan untuk reaksi yang, dalam kondisi apa pun, harus menghubungkan komponen-komponen kecil menjadi molekul yang diinginkan. Pada awalnya, para ilmuwan tidak mempercayai adanya reaksi ajaib, namun pada tahun 2002 Valery Fokin , lulusan Universitas Negeri Lobachevsky Nizhny Novgorod, yang sekarang bekerja di Scripps Institute di California, menemukan “pengunci molekul” seperti itu: ia terdiri dari azida dan alkuna dan bekerja dengan adanya tembaga dalam air dengan asam askorbat. Dengan menggunakan reaksi sederhana ini, senyawa yang sangat berbeda dapat digabungkan satu sama lain: protein, pewarna, molekul anorganik. Sintesis “klik” zat-zat dengan sifat-sifat yang diketahui sebelumnya terutama diperlukan ketika membuat obat baru.
Biologi
Evgeny Kunin. Foto dari arsip pribadi ilmuwan
Namun, untuk mengobati suatu penyakit, terkadang diperlukan tidak hanya menetralisir virus atau bakteri, tetapi juga memperbaiki gen diri sendiri. Tidak, ini bukan plot film fiksi ilmiah: para ilmuwan telah mengembangkan beberapa sistem “gunting molekuler” yang mampu mengedit genom (lebih lanjut tentang teknologi menakjubkan di artikel Attic). Yang paling menjanjikan di antaranya adalah sistem CRISPR/Cas9, yang didasarkan pada mekanisme perlindungan terhadap virus yang ada pada bakteri dan archaea. Salah satu peneliti utama sistem ini adalah mantan rekan senegara kita Evgeniy Kunin , yang telah bekerja di Pusat Informasi Bioteknologi Nasional AS selama bertahun-tahun. Selain sistem CRISPR, ilmuwan juga tertarik pada banyak masalah genetika, evolusi, dan biologi komputasi, sehingga tidak heran jika indeks H-nya (indeks kutipan artikel ilmuwan, yang mencerminkan seberapa banyak penelitiannya diminati) telah melampaui 130 - ini adalah rekor mutlak di antara semua ilmuwan berbahasa Rusia.
Vyacheslav Epstein. Foto oleh Universitas Northwestern
Namun, bahaya saat ini tidak hanya ditimbulkan oleh kerusakan genom, namun juga oleh mikroba yang paling umum. Faktanya adalah selama 30 tahun terakhir tidak ada satu pun antibiotik jenis baru yang diciptakan, dan bakteri secara bertahap menjadi kebal terhadap antibiotik lama. Untungnya bagi umat manusia, pada bulan Januari 2015, sekelompok ilmuwan dari Universitas Northeastern di Amerika Serikat mengumumkan penciptaan agen antimikroba yang benar-benar baru. Untuk melakukan hal ini, para ilmuwan beralih ke studi tentang bakteri tanah, yang sebelumnya dianggap tidak mungkin tumbuh dalam kondisi laboratorium. Untuk menyiasati kendala tersebut, seorang pegawai Universitas Northeastern, lulusan Universitas Negeri Moskow Vyacheslav Epstein bersama rekannya, ia mengembangkan chip khusus untuk menumbuhkan bakteri nakal tepat di dasar laut - dengan cara yang cerdik ini, ilmuwan menghindari masalah meningkatnya “ketidakteraturan” bakteri yang tidak ingin tumbuh di cawan Petri. Teknik ini menjadi dasar penelitian besar, yang hasilnya adalah antibiotik teixobacterin, yang dapat mengatasi tuberkulosis dan Staphylococcus aureus.
Matematika
Gregory Perelman. Foto: George M. Bergman - Mathematisches Institut Oberwolfach (MFO)
Bahkan orang yang sangat jauh dari sains mungkin pernah mendengar tentang matematika dari Sankt Peterburg Gregory Perelman . Pada tahun 2002-2003, ia menerbitkan tiga makalah yang membuktikan dugaan Poincaré. Hipotesis ini termasuk dalam cabang matematika yang disebut topologi dan menjelaskan sifat-sifat ruang yang paling umum. Pada tahun 2006, bukti tersebut diterima oleh komunitas matematika, dan dugaan Poincaré menjadi dugaan pertama yang dipecahkan di antara masalah tujuh milenium. Ini termasuk permasalahan matematika klasik yang buktinya belum ditemukan selama bertahun-tahun. Sebagai buktinya, Perelman dianugerahi Fields Medal, yang sering disebut sebagai Hadiah Nobel untuk matematikawan, serta Hadiah Pemecahan Masalah Milenium dari Clay Mathematics Institute. Ilmuwan menolak semua penghargaan, yang menarik perhatian masyarakat yang jauh dari matematika.
Stanislav Smirnov. Foto: ITAR-TASS/ Yuri Belinsky
Bekerja di Universitas Jenewa Stanislav Smirnov pada tahun 2010 ia juga memenangkan Fields Medal. Penghargaannya yang paling bergengsi di dunia matematika adalah bukti invariansi konformal perkolasi dua dimensi dan model Ising dalam fisika statistik - hal yang tidak dapat diucapkan ini digunakan oleh para ahli teori untuk menggambarkan magnetisasi suatu material dan digunakan dalam pengembangan kuantum komputer.
Andrey Okunkov. Foto: Radio Kebebasan
Perelman dan Smirnov adalah perwakilan dari Sekolah Matematika Leningrad, lulusan sekolah ke-239 yang terkenal dan Fakultas Matematika dan Mekanika Universitas Negeri St. Namun ada juga orang Moskow di antara nominasi Hadiah Nobel bidang matematika, misalnya, seorang profesor di Universitas Columbia yang bekerja di AS selama bertahun-tahun dan lulusan Universitas Negeri Moskow. Andrey Okunkov . Ia menerima Fields Medal pada tahun 2006, bersamaan dengan Perelman, atas prestasinya dalam menghubungkan teori probabilitas, teori representasi, dan geometri aljabar. Dalam praktiknya, karya Okunkov selama bertahun-tahun telah diterapkan baik dalam fisika statistik untuk mendeskripsikan permukaan kristal, dan dalam teori string - bidang fisika yang mencoba menggabungkan prinsip mekanika kuantum dan teori relativitas.
Cerita
Peter Turchin. Foto: Universitas Teknologi Stevens
Dia mengajukan teori baru di persimpangan matematika dan humaniora Petr Turchin . Mengejutkan bahwa Turchin sendiri bukanlah seorang ahli matematika atau sejarawan: ia adalah seorang ahli biologi yang belajar di Universitas Negeri Moskow dan sekarang bekerja di Universitas Connecticut dan mempelajari populasi. Proses biologi populasi berkembang dalam jangka waktu yang lama, dan deskripsi serta analisisnya seringkali memerlukan konstruksi model matematika. Namun pemodelan juga dapat digunakan untuk lebih memahami fenomena sosial dan sejarah dalam masyarakat manusia. Inilah yang dilakukan Turchin pada tahun 2003, dengan menyebut pendekatan baru sebagai cliodynamics (atas nama inspirasi sejarah Clio). Dengan menggunakan metode ini, Turchin sendiri membentuk siklus demografi “sekuler”.
Ilmu bahasa
Andrey Zaliznyak. Foto: Mitrius/wikimedia
Setiap tahun di Novgorod, serta di beberapa kota kuno Rusia lainnya, seperti Moskow, Pskov, Ryazan, dan bahkan Vologda, semakin banyak ditemukan huruf kulit kayu birch, yang usianya berasal dari abad 11-15. Di dalamnya Anda dapat menemukan korespondensi pribadi dan resmi, latihan anak-anak, gambar, lelucon, dan bahkan surat cinta - “The Attic” adalah tentang prasasti Rusia kuno yang paling lucu. Bahasa huruf yang hidup membantu peneliti memahami dialek Novgorod, serta kehidupan masyarakat biasa dan sejarah Rus. Peneliti dokumen kulit kayu birch yang paling terkenal, tentu saja, adalah Akademisi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Andrey Zaliznyak : Bukan tanpa alasan bahwa kuliah tahunannya, yang didedikasikan untuk surat-surat yang baru ditemukan dan menguraikan surat-surat lama, dipenuhi oleh orang-orang.
Klimatologi
Vasily Titov. Foto dari noaa.gov
Pagi hari tanggal 26 Desember 2004, hari terjadinya tsunami tragis di Indonesia yang menurut berbagai perkiraan menewaskan 200-300 ribu orang, lulusan NSU yang bekerja di Pusat Penelitian Tsunami di National Oceanic and Atmospheric Administration di Seattle (AS), Vasily Titov bangun terkenal. Dan ini bukan sekedar kiasan: setelah mengetahui tentang gempa bumi terkuat yang terjadi di Samudera Hindia, sang ilmuwan, sebelum tidur, memutuskan untuk menjalankan program prakiraan gelombang tsunami di komputernya dan memposting hasilnya secara online. Ramalannya ternyata sangat akurat, namun sayangnya dibuat terlambat sehingga tidak dapat mencegah jatuhnya korban jiwa. Sekarang program prakiraan tsunami PALING, yang dikembangkan oleh Titov, digunakan di banyak negara di dunia.
Astronomi
Konstantin Batygin. Foto dari caltech.edu
Pada bulan Januari 2016, dunia dikejutkan oleh berita lain: di tata surya tempat kita tinggal. Salah satu penulis penemuan ini lahir di Rusia Konstantin Batygin dari Universitas California. Setelah mempelajari pergerakan enam benda kosmik yang terletak di luar orbit Neptunus, planet terakhir yang dikenal saat ini, para ilmuwan telah menggunakan perhitungan untuk menunjukkan bahwa pada jarak tujuh kali lebih besar dari jarak Neptunus ke Matahari, seharusnya terdapat planet lain. mengorbit Matahari. Ukurannya, menurut para ilmuwan, adalah 10 kali diameter Bumi. Namun, untuk benar-benar yakin akan keberadaan raksasa jauh tersebut, masih perlu melihatnya dengan teleskop.
Pada hari Jumat pagi, 14 Juli, di Konferensi Internasional tentang Teknologi Kuantum, Mikhail Lukin, salah satu pendiri Pusat Kuantum Rusia dan profesor di Universitas Harvard, berbicara tentang penciptaan komputer kuantum 51-qubit yang dapat diprogram sepenuhnya oleh kelompok risetnya. Sekilas, hasil ini bisa disebut sebagai terobosan mendadak di bidang ini - raksasa seperti Google dan IBM baru mendekati angka 50 qubit dalam komputer kuantum. Baru kemarin, penjelasan rinci tentang eksperimen tersebut muncul di server pracetak arXiv.org. Tajuk rencana T+1 Saya memutuskan untuk mencari tahu apa yang terjadi dan apa yang diharapkan dari komputer kuantum baru.
Secara singkat tentang komputer kuantum - universal dan non-universal
Seperti apa komputer 51-qubit?
Mari kita lihat sistem yang diciptakan oleh fisikawan dalam karya baru mereka. Peran qubit di dalamnya dimainkan oleh atom rubidium dingin yang ditangkap dalam perangkap optik. Perangkap itu sendiri adalah rangkaian 101 pinset optik (sinar laser terfokus). Atom ditahan pada posisi setimbang oleh pinset karena gradien medan listrik - atom tertarik ke daerah dengan kuat medan listrik maksimum, yang terletak di titik fokus pinset. Karena semua pinset disusun dalam satu baris, semua atom qubit komputer juga disusun dalam satu rantai.
“Nol” untuk masing-masing atom rubidium adalah keadaan dasarnya yang tidak tereksitasi. "Satu" adalah negara bagian Rydberg yang disiapkan secara khusus. Ini adalah keadaan tereksitasi di mana elektron terluar rubidium berada sangat jauh dari inti (pada orbital ke-50, ke-100, ke-1000), namun masih tetap terikat dengannya. Karena radiusnya yang besar, atom Rydberg mulai berinteraksi (menolak) pada jarak yang jauh lebih jauh daripada jarak biasa. Tolakan inilah yang memungkinkan untuk mengubah deretan 51 atom rubidium menjadi rantai partikel yang berinteraksi kuat.
Untuk mengontrol keadaan qubit, sistem laser terpisah digunakan, yang mampu mengarahkannya ke keadaan Rydberg. Fitur utama dan terpenting dari komputer baru ini adalah kemampuan untuk secara langsung mengalamatkan masing-masing 51 qubit. Ada juga kumpulan atom yang lebih kompleks di mana keadaan kuantum terjerat diamati (baru-baru ini kita berbicara tentang 16 juta atom terjerat melalui interaksi dengan satu foton), dan simulasi kuantum telah dilakukan pada lebih dari seratus atom dingin. Namun dalam semua kasus ini, para ilmuwan tidak memiliki cara untuk mengontrol sistem secara akurat. Itulah sebabnya sistem baru ini disebut komputer kuantum yang dapat diprogram sepenuhnya.
Setiap perhitungan pada komputer kuantum, dalam arti tertentu, merupakan simulasi sistem kuantum nyata. Bagian utama dari karya baru ini dikhususkan untuk pemodelan sistem kuantum terkenal - model Ising. Ini menggambarkan rantai (dalam hal ini) partikel dengan putaran bukan nol (momen magnet) yang berinteraksi dengan tetangganya. Model Ising sering digunakan untuk menggambarkan kemagnetan dan transisi kemagnetan dalam benda padat.
Eksperimen ini disusun sebagai berikut. Pertama, partikel didinginkan dan ditangkap dengan pinset optik. Ini adalah proses yang bersifat probabilistik, jadi pada awalnya susunan partikelnya kacau. Serangkaian pengukuran dan penyesuaian kemudian digunakan untuk membuat susunan bebas cacat yang terdiri lebih dari 50 atom dingin dalam keadaan tidak tereksitasi. Pada tahap selanjutnya, pinset optik dimatikan dan pada saat yang sama sistem dihidupkan, menarik atom ke dalam keadaan Rydberg. Untuk beberapa waktu, sistem berevolusi di bawah pengaruh gaya van der Waals - atom menempati posisi paling "nyaman" bagi mereka, setelah itu pinset dihidupkan kembali dan hasil evolusi dipelajari.
Bergantung pada seberapa dekat atom dingin dengan denyut eksitasi, fisikawan mengamati hasil evolusi yang berbeda. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa atom Rydberg mampu menekan eksitasi tetangganya di negara bagian Rydberg (karena tolakan yang kuat). Para ilmuwan telah mengamati sistem di mana atom, setelah evolusi, diurutkan sedemikian rupa sehingga di antara setiap pasangan atom Rydberg yang bertetangga hanya terdapat satu, dua, atau tiga atom biasa.
Menariknya, pembentukan struktur yang sangat teratur setelah evolusi bebas terjadi dengan kemungkinan yang sangat tinggi - bahkan dalam kasus susunan 51 atom dingin.
Untuk melihat bagaimana proses evolusi terjadi, para ilmuwan menyalakan pinset dan “memotret” sistem tersebut pada titik waktu yang berbeda. Ternyata dalam beberapa kasus, evolusi menuju keadaan setimbang terjadi sangat lambat: sistem terombang-ambing dalam waktu yang lama di antara beberapa keadaan. Hasil ini dapat dikonfirmasi dengan simulasi klasik kasar, yang melibatkan interaksi antara atom tetangga dan atom tetangga berikutnya dalam analisis.
Apakah ini berguna?
Ini adalah salah satu kasus di mana pemodelan kuantum memprediksi efek baru yang nyata. Perlu dicatat bahwa tidak mungkin untuk secara akurat mensimulasikan sistem 51 atom dingin menggunakan komputer klasik. Untuk menjelaskan semua kemungkinan statusnya, diperlukan 2 51 bit RAM (sekitar satu petabyte). Efek ini hanya dikonfirmasi oleh simulasi kasar pada komputer klasik.
Menariknya, situasi sebaliknya muncul dalam perhitungan kimia kuantum - komputer klasik hanya memberikan perkiraan perkiraan sifat-sifat sistem yang kompleks, menghabiskan sumber daya komputasi yang sangat besar untuk hal ini. Pada saat yang sama, analisis langsung terhadap sistem kuantum yang tidak diragukan lagi ini memberikan hasil yang akurat.
Apa lagi manfaatnya?
Di akhir pracetak, penulis biasanya memberikan daftar bidang-bidang di mana perkembangan baru mungkin berguna. Kita dapat membuat daftar beberapa di antaranya: pembuatan superposisi yang terdiri dari sejumlah besar partikel, studi tentang keadaan topologi dalam sistem putaran. Fisikawan secara khusus mencatat bahwa algoritma ini sangat cocok untuk memecahkan masalah optimasi sistem yang dimensinya jelas melebihi jangkauan komputer konvensional. Tugas-tugas ini termasuk memodelkan reaksi kimia dan mengajar.
Sistem yang dibuat oleh Mikhail Lukin dan rekan-rekannya sekarang berfungsi sebagai simulator kuantum - sistem ini mensimulasikan sistem yang serupa dengan dirinya. Namun, perlu dicatat bahwa pada pasangan atom Rydberg, fisikawan telah berhasil membuat gerbang logis CNOT yang digunakan untuk menciptakan belitan. Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa beberapa algoritma sederhana dapat diimplementasikan dalam sistem baru (misalnya algoritma Deutsch, atau algoritma Shor untuk bilangan yang sangat kecil). Namun, pada tahap ini algoritma ini tidak akan berguna.
Mikhail Lukin (kiri) dan John Martinis (kanan) - kepala tim yang mengembangkan komputer kuantum 49-qubit di Google
Pusat Kuantum Rusia
Dalam arti tertentu, perangkat baru ini sudah mampu memecahkan masalah yang tidak dapat diakses oleh komputer klasik - tidak dapat disimulasikan secara akurat oleh komputer konvensional. Namun masih terlalu dini untuk membicarakan keunggulan kuantum yang berguna, yang sudah berguna dalam masalah terapan. Banyak ilmuwan mencatat bahwa perlombaan untuk supremasi kuantum saat ini tidak menghasilkan sesuatu yang berguna dari sudut pandang masalah komputasi terapan.
Perlu dicatat bahwa percobaan dengan atom dalam kisi optik beberapa tahun yang lalu melampaui jangkauan pemodelan akurat oleh komputer klasik. Mereka menggunakan lusinan partikel yang saling berhubungan. Misalnya, dengan bantuan mereka, fenomena kooperatif kuantum yang berkaitan dengan superfluiditas dan superkonduktivitas. Apakah ini supremasi kuantum?
Vladimir Korolev
MOSKOW, 14 Juli- Berita RIA. Ilmuwan Rusia dan Amerika yang bekerja di Harvard telah menciptakan dan menguji komputer kuantum pertama di dunia, yang terdiri dari 51 qubit. Perangkat ini sejauh ini merupakan sistem komputasi paling kompleks dari jenisnya, kata profesor Universitas Harvard dan salah satu pendiri Pusat Kuantum Rusia (RCC) Mikhail Lukin.
Fisikawan tersebut mengumumkan hal tersebut saat menyampaikan laporan pada Konferensi Internasional Teknologi Quantum ICQT-2017, yang diadakan di bawah naungan RQC di Moskow. Pencapaian ini memungkinkan kelompok Lukin menjadi pemimpin dalam perlombaan menciptakan komputer kuantum yang lengkap, yang telah berlangsung secara tidak resmi selama beberapa tahun antara beberapa kelompok fisikawan terkemuka di dunia.
Komputer kuantum adalah perangkat komputasi khusus yang kekuatannya meningkat secara eksponensial dengan menggunakan hukum mekanika kuantum untuk beroperasi. Semua perangkat tersebut terdiri dari qubit - sel memori dan pada saat yang sama modul komputasi primitif yang mampu menyimpan spektrum nilai antara nol dan satu.
Saat ini ada dua pendekatan utama untuk pengembangan perangkat tersebut - klasik dan adiabatik. Para pendukung yang pertama mencoba menciptakan komputer kuantum universal, yang qubitnya akan mematuhi aturan yang sama dengan yang digunakan perangkat digital biasa. Bekerja dengan perangkat komputasi seperti itu idealnya tidak jauh berbeda dengan cara para insinyur dan pemrogram mengoperasikan komputer konvensional. Komputer adiabatik lebih mudah dibuat, tetapi prinsip pengoperasiannya lebih mirip dengan komputer analog pada awal abad ke-20, dibandingkan dengan perangkat digital modern.
Tahun lalu, beberapa tim ilmuwan dan insinyur dari Amerika Serikat, Australia dan beberapa negara Eropa mengumumkan bahwa mereka hampir menciptakan mesin semacam itu. Pemimpin dalam perlombaan informal ini adalah tim John Martinis dari Google, yang sedang mengembangkan versi “hibrida” yang tidak biasa dari komputer kuantum universal, yang menggabungkan elemen pendekatan analog dan digital untuk perhitungan tersebut.
Lukin dan rekan-rekannya di RCC dan Harvard melampaui kelompok Martinis, yang, seperti dikatakan Martinis kepada RIA Novosti, kini sedang berupaya menciptakan komputer 22-qubit tidak menggunakan superkonduktor, seperti ilmuwan dari Google, tetapi “atom dingin” yang eksotis.
Seperti yang telah ditemukan oleh para ilmuwan Rusia dan Amerika, sekumpulan atom yang disimpan di dalam “kandang” laser khusus dan didinginkan hingga suhu sangat rendah dapat digunakan sebagai qubit untuk komputer kuantum, mempertahankan operasi yang stabil dalam berbagai kondisi yang cukup luas. Hal ini memungkinkan fisikawan untuk menciptakan komputer kuantum terbesar, yang terdiri dari 51 qubit.
Dengan menggunakan sekumpulan qubit serupa, tim Lukin telah memecahkan beberapa masalah fisik yang sangat sulit untuk disimulasikan menggunakan superkomputer “klasik”. Misalnya, para ilmuwan Rusia dan Amerika mampu menghitung bagaimana perilaku awan besar partikel yang saling berhubungan dan menemukan efek yang sebelumnya tidak diketahui yang terjadi di dalamnya. Ternyata ketika eksitasi melemah, jenis osilasi tertentu dapat tetap ada dan dipertahankan hampir tanpa batas waktu dalam sistem, yang sebelumnya tidak diduga oleh para ilmuwan.
Untuk memverifikasi hasil perhitungan tersebut, Lukin dan rekan-rekannya harus mengembangkan algoritma khusus yang memungkinkan dilakukannya perhitungan serupa dalam bentuk yang sangat kasar pada komputer biasa. Hasilnya secara umum konsisten, membenarkan bahwa sistem 51-qubit para ilmuwan Harvard berfungsi dalam praktiknya.
Dalam waktu dekat, para ilmuwan berniat melanjutkan eksperimen dengan komputer kuantum. Lukin tidak menutup kemungkinan bahwa timnya akan mencoba menjalankan algoritma kuantum Shor yang terkenal, yang memungkinkan untuk memecahkan sebagian besar sistem enkripsi yang ada berdasarkan algoritma RSA. Menurut Lukin, artikel hasil pertama komputer kuantum telah diterima untuk dipublikasikan di salah satu jurnal ilmiah peer-review.
Tim Mikhail Lukin menciptakan salah satu komputer kuantum terkuat pada tahun 2017. Dengan bantuan seorang ilmuwan, RBC mencari tahu apa kriteria keberhasilan dalam perlombaan kuantum dan kapan supremasi kuantum diharapkan terjadi.
Dua puluh tahun yang lalu, komputer kuantum dianggap fiksi ilmiah, tetapi dalam waktu dekat komputer tersebut tidak akan mengejutkan kita lebih dari PC biasa. “Saya pikir dalam lima hingga sepuluh tahun mendatang, tidak mungkin dilakukan tanpa teknologi kuantum di banyak bidang aktivitas manusia,” kata profesor Harvard, Mikhail Lukin, yang timnya menciptakan salah satu komputer kuantum paling kuat pada tahun 2017.
Mikhail Lukin berangkat ke Amerika sekitar seperempat abad yang lalu. Pada tahun 1993, lulusan Fakultas Fisika dan Elektronika Kuantum MIPT diundang ke sekolah pascasarjana di Texas A&M University oleh Marlan Scully, seorang peneliti terkenal dunia di bidang optik kuantum. Di Texas pada tahun 1998, Lukin mempertahankan disertasinya tentang penggunaan laser untuk mengendalikan lingkungan. Namun Mikhail Lukin melakukan eksperimen ilmiah utamanya pada dekade berikutnya di Universitas Harvard. Di sini ia menjadi profesor fisika, kemudian menjadi salah satu direktur Pusat Fisika Kuantum Harvard dan Pusat Atom Ultradingin.
“Saya sangat beruntung: saya berada di Harvard dalam kondisi khusus. Seorang postdoc biasa (seorang ilmuwan yang baru saja menerima gelar PhD, yang kira-kira setara dengan kandidat sains Rusia. - RBC) harus bekerja dalam satu kelompok ilmiah dan terlibat dalam beberapa proyek khusus yang sangat terspesialisasi. Saya memiliki kebebasan penuh,” kata Lukin kepada majalah RBC.
Lukin mengatakan bahwa dia dan rekan-rekannya telah berkali-kali diminta untuk bekerja di perusahaan yang ikut serta dalam perlombaan menciptakan komputer kuantum, namun dia selalu menolak: “Menurut saya, sejauh ini aktivitas paling kreatif di bidang ini masih terjadi di universitas. .”
Dalam suasana "kerja permisif" selama 16 tahun terakhir, ilmuwan dan kelompoknya telah melakukan eksperimen yang mengejutkan dunia ilmiah: seperti menghentikan cahaya atau menciptakan molekul fotonik - materi yang mirip dengan lightsaber dari Star Wars - dan kristal waktu , struktur, sebelumnya hanya ada dalam teori. Selama tahun-tahun tersebut, ia juga memupuk ide eksperimen komputasi kuantum, yang pada musim panas 2017 membuat Lukin dan laboratoriumnya terkenal di seluruh dunia.
Ilmu informasi kuantum
Pada awal 1990-an, tidak ada seorang pun yang menganggap serius gagasan menciptakan komputer kuantum bahkan di komunitas ilmiah, kata Lukin: “Tetapi kemudian ada dua revolusi yang terjadi sekaligus.”
Pada tahun 1994, Peter Shor dari Amerika mengembangkan algoritma faktorisasi kuantum, yang kemudian dinamai menurut namanya. “Mengalikan dua bilangan prima, bahkan bilangan prima yang sangat besar sekalipun, adalah hal yang mudah, namun menemukan faktor prima mana yang membagi bilangan besar adalah tugas yang sangat sulit bagi komputer. Faktorisasi mendasari semua kriptografi modern,” jelas Lukin.
Foto: Foto: Sasha Maslov untuk RBC
Komputer biasa mampu memecahkan sistem kriptografi modern, namun membutuhkan begitu banyak sumber daya dan waktu sehingga hasilnya tidak berguna. Komputer kuantum akan mampu menyelesaikan masalah seperti itu hampir secara instan, dan algoritma Shor menjadi bukti pertama dari makna praktis pembuatan perangkat tersebut. “Kedua, pada saat yang sama, perubahan besar terjadi dalam fisika eksperimental: para ilmuwan belajar cara mendinginkan atom dengan baik dan mengisolasi partikel individu,” lanjut Lukin.
Pada titik balik yang sama untuk komputer kuantum, 1994, sebuah artikel ilmiah diterbitkan oleh dua fisikawan Eropa, Peter Zoller dan Juan Ignacio Sirac, di mana mereka mendeskripsikan komputer kuantum menggunakan perangkap ion. “Ilmu informasi kuantum masih dalam tahap awal, peneliti lain hanya memiliki ide abstrak tentang komputer kuantum, bahkan tidak ada yang secara serius memikirkan apakah hal itu dapat dilakukan atau tidak. Publikasi Zoller dan Sirak mengubah segalanya: menjadi jelas bahwa komputer kuantum dapat dibuat, dan bahkan muncul proposal spesifik tentang caranya,” kenang Lukin.
Mikhail bertemu dengan penulis artikel tersebut di awal tahun 2000-an: “Mereka sudah menjadi orang-orang terkenal, dan saya adalah seorang ilmuwan muda yang bercita-cita tinggi. Tapi ternyata ide kami sangat mirip. Kami menggabungkan kekuatan dan menulis serangkaian artikel yang secara teoritis menggambarkan ide-ide yang menjadi dasar kerja praktek kami saat ini.”
Pada tahun 2000-an, banyak kelompok ilmiah mulai melakukan eksperimen pada superkonduktor - bahan yang kehilangan hambatan listrik sepenuhnya pada suhu rendah. Kelompok Lukin, pada gilirannya, memutuskan untuk mencoba fokus pada "atom dingin" - partikel yang didinginkan hingga hampir nol mutlak dan ditempatkan dalam perangkap optik yang dibuat oleh laser. Jika kondisi yang diperlukan terpenuhi, mereka dapat digunakan sebagai bit kuantum (qubit) yang cukup stabil.
Lukin tidak berani membuat komputer kuantum sungguhan pada pertengahan tahun 2000-an: proyek tersebut tampaknya terlalu berisiko dan basis teknologinya kurang. Selama beberapa tahun, kelompoknya di Harvard telah mempelajari cara lain untuk membuat qubit untuk komputer kuantum—misalnya, dari kotoran pada berlian. Proyek praktis lainnya muncul dari penelitian serupa: misalnya, mantan mahasiswa profesor tersebut menemukan cara membuat sensor kuantum untuk pengobatan dari berlian.
Pada tahun 2010-an, komputasi kuantum tidak lagi dibahas secara eksklusif di laboratorium pusat penelitian; perusahaan IT besar menjadi sangat tertarik padanya.
Kuantum nyata
Beberapa tahun yang lalu, tidak hanya IBM, yang telah lama mempelajari bidang ini, tetapi juga Google, Intel dan Microsoft, yang sebelumnya tidak diperhatikan di dalamnya, mengumumkan niat mereka untuk membangun prototipe komputer kuantum yang berfungsi.
Pada saat yang sama, perusahaan Kanada D-Wave telah memproduksi dan menjual "komputer kuantum nyata" sejak 2011 - pertama dengan kapasitas 16, kemudian 28, dan setelah beberapa tahun - 512 qubit. Saat ini perusahaan telah menawarkan komputer 2000-qubit. D-Wave memiliki banyak pembeli: Google, NASA, Lockheed Martin, Volkswagen Group. Bagi mereka yang belum tahu, masa depan kuantum mungkin tampak telah tiba – ya dan tidak.
D-Wave memproduksi apa yang disebut komputer adiabatik - untuk memahami perbedaannya dari komputer kuantum lengkap, Anda harus membaca setidaknya kursus singkat fisika kuantum. Dalam penerapannya, perbedaannya adalah komputer D-Wave hanya mampu memecahkan masalah optimasi dalam rentang yang sangat sempit. Di Google, misalnya, mereka memilih satu masalah untuk komputer D-Wave, yang diselesaikan oleh komputer adiabatik jutaan kali lebih cepat daripada komputer klasik. Namun tidak mungkin memperoleh manfaat nyata dari hal ini, dan mesin tersebut tidak dimaksudkan untuk memecahkan masalah lain.
Kemajuan dalam bidang pembuatan komputer kuantum “nyata” lebih sederhana: hingga saat ini, kekuatannya tidak melebihi 17-20 qubit, dan Lukin mengatakan bahwa beberapa tahun yang lalu dia tidak percaya pada kemungkinan menciptakan perangkat dengan lebih banyak qubit. kekuatan. Namun pada musim panas 2017, kelompok Lukin mengumumkan pembuatan prototipe simulator kuantum 51-qubit yang berfungsi, dan sebulan kemudian, kelompok Profesor Christopher Monroe dari Universitas Maryland mengumumkan pembuatan simulator 53-qubit. Perangkat dan hasil percobaan pertama yang dilakukan dijelaskan dalam artikel yang diterbitkan di jurnal Nature pada akhir November.
Atom dalam perangkap optik dan superkonduktor saat ini merupakan dua teknologi untuk menciptakan komputer kuantum yang berada di depan semua teknologi lainnya, kata Profesor Christopher Monroe kepada majalah RBC. “Kedua pendekatan tersebut kini berada pada titik di mana kami memiliki pemahaman yang jelas tentang cara membuat perangkat yang cukup besar dan ide tentang cara meningkatkannya,” katanya. “Superkonduktor sejauh ini menunjukkan kinerja yang lebih rendah, tetapi karena qubit dicetak pada sebuah chip, mereka lebih mudah untuk diukur. Atom lebih mudah untuk dikerjakan karena setiap qubit atomik menurut definisinya identik. Ada teknologi lain yang serupa yang sedang mengejar kita, termasuk qubit atom netral, yang dibuat oleh kelompok Mikhail Lukin.”
Perlombaan untuk qubit
Jumlah qubit tampak seperti ukuran keberhasilan yang sederhana dan lugas, namun dalam fisika kuantum tidak ada yang sederhana atau lugas. Jumlah qubit hanyalah satu dari tiga “sumbu” yang menjadi dasar pembuatan komputer kuantum, jelas Profesor Lukin. Yang kedua adalah koherensi, kemampuan qubit untuk berada dalam keadaan superposisi (ingat kucing Schrödinger), menjadi nol dan satu pada saat yang sama - seluruh teori komputasi kuantum didasarkan pada fenomena mekanika kuantum ini.
Kemampuan ini menentukan waktu di mana mesin dapat beroperasi: semakin lama waktu koherensi, semakin banyak perhitungan yang dapat dilakukan komputer. “Jika Anda memiliki satu juta qubit, tetapi Anda tidak dapat melakukan operasi dalam jumlah yang memadai, maka Anda tidak akan memiliki komputer kuantum. Misalnya, di komputer D-Wave, masing-masing qubit awal memiliki koherensi yang sangat rendah sehingga tidak jelas apakah ada sifat kuantum di sana atau tidak,” kata Lukin.
Terakhir, “sumbu” ketiga adalah tingkat kemampuan program; ini menggambarkan berapa banyak masalah dari berbagai jenis yang dapat diselesaikan dengan menggunakan komputer kuantum, lanjut Lukin. “Simulator kami memiliki koherensi yang cukup baik dan jumlah qubit yang cukup besar, namun sistem lain memiliki semua ini. Yang penting kami berhasil membuat sistem dengan tingkat kemampuan program yang tinggi,” ujarnya.
Perbedaan antara simulator kuantum dan komputer kuantum tujuan umum adalah bahwa komputer kuantum tujuan umum hanya dapat diprogram untuk melakukan jenis tugas tertentu saja, Profesor Monroe menjelaskan: “Tetapi keindahannya adalah bahwa simulator dapat diubah menjadi komputer tujuan umum. di masa depan." Benar, tidak selalu mungkin untuk menarik garis yang jelas di antara keduanya, tambah Lukin.
“Simulator kuantum yang dapat diprogram dengan cara apa pun menjadi universal. Ternyata garis antara komputer dan simulator sangat kabur, dan sekarang tidak jelas apakah bisa didefinisikan sama sekali. Tapi ini normal, kita sekarang benar-benar berada di garis depan sains, dan ini terjadi pada semua fenomena baru,” jelas ilmuwan tersebut.
Optimisme tanpa bukti
Bahkan para ilmuwan belum menguraikan keseluruhan tugas yang membuat komputer kuantum lebih unggul daripada komputer konvensional. “Algoritme Shor unik dalam arti tertentu, karena ini adalah salah satu dari sedikit tugas yang kita tahu pasti bahwa komputer kuantum dapat menanganinya lebih baik daripada komputer konvensional, hal ini telah terbukti. Masih banyak algoritma lain yang sangat menjanjikan, termasuk untuk optimasi kombinatorial yang sama, yang belum ada buktinya,” Lukin mengangkat bahu.
Foto: Foto: Sasha Maslov untuk RBC
Di satu sisi, algoritma Shor dan peretasan kuantum sistem keamanan informasi kriptografi yang tak terhindarkanlah yang menarik sejumlah besar uang pemerintah ke bidang ini. Pemimpin dalam hal ini adalah Tiongkok, yang baru-baru ini berjanji untuk menginvestasikan $11,5 miliar dalam pembangunan pusat kuantum baru. Di sisi lain, menguraikan kode akan menjadi bagian penting, namun kecil dari apa yang dapat dilakukan komputer kuantum, harap Lukin. “Apa yang saya tidak suka tentang algoritma Shor adalah algoritma ini bersifat destruktif. Namun, saya yakin bahkan sebelum diimplementasikan, komputer kuantum akan memiliki waktu untuk memberikan banyak manfaat bagi umat manusia,” ujarnya.
Dalam makalah yang diterbitkan di jurnal Nature pada akhir November, para ilmuwan melaporkan bahwa mereka dapat melihat pembentukan kristal kuantum – bahan yang dapat digunakan untuk membuat memori kuantum di komputer kuantum. “Apa yang kami lakukan tidak dapat disimulasikan secara langsung pada komputer klasik; dari sudut pandang ini, kami dapat mengatakan bahwa keunggulan kuantum telah dibuktikan,” kata Lukin. “Ini penting bagi sains: kita telah mencapai batas di mana komputer kuantum mulai berguna.”
Supremasi kuantum diyakini akan tercapai ketika komputer kuantum dapat menangani masalah praktis lebih baik daripada superkomputer klasik. Kekuatan komputer klasik terus berkembang, namun ada sejumlah tugas yang sumber dayanya masih belum cukup untuk mengatasinya, dan hal ini tidak dapat diperbaiki hanya dengan meningkatkan kemampuan komputasinya, jelas Lukin. Diantaranya misalnya masalah optimasi kombinatorial yang ada pada bidang apapun.
“Contoh klasiknya adalah masalah travelling salesman. Bayangkan Aeroflot ingin mengoptimalkan rute penerbangan agar hemat bahan bakar sekaligus mencakup wilayah yang lebih luas dan membuat penerbangan nyaman bagi penumpang. Komputer klasik tidak dapat mengatasi masalah seperti ini dengan baik; komputer ini terlalu rumit, dengan terlalu banyak kemungkinan jawaban. Yang bisa dia lakukan hanyalah mencoba opsi yang berbeda satu per satu, ini membutuhkan banyak waktu dan tenaga yang besar,” jelas Lukin.
Komputer kuantum mampu melewati opsi-opsi ini tidak secara berurutan, tetapi secara paralel, yang secara luar biasa mempercepat proses penghitungan - secara harfiah dalam hitungan menit, bukan bertahun-tahun. Menyelesaikan masalah seperti itu secara efektif sangat penting bagi bidang ilmu komputer modern, misalnya kecerdasan buatan atau pembelajaran mesin, tambah Lukin.
Di antara kemungkinan penerapan komputer kuantum lainnya, fisikawan menyebutkan pemodelan material baru dengan sifat tertentu dan berbagai proses kimia. “Bahkan reaksi kimia sederhana pun sangat sulit untuk disimulasikan pada komputer klasik, karena ada begitu banyak pilihan untuk terjadinya,” jelas Lukin. “Komputer kuantum kemungkinan besar mampu melakukan hal ini.” Dan meningkatkan efisiensi beberapa reaksi kimia sebesar beberapa persen dapat menciptakan industri baru.” Monroe juga setuju dengannya: dia melihat prospek utama komputasi kuantum di bidang logistik, pembuatan bahan dan obat baru di bidang farmasi, serta berbagai optimasi.
Internet Kuantum
Salah satu masalah utama yang harus dipecahkan oleh fisikawan dan insinyur adalah penskalaan komputer kuantum. “Saat ini kita tidak tahu persis bagaimana menskalakan sistem ini melebihi sekitar 1.000 qubit. Idenya berbeda-beda, yang paling menjanjikan menurut saya adalah ide arsitektur modular,” kata Lukin. “Daripada menambahkan lebih banyak qubit ke satu mesin, kami menciptakan jaringan komputer kuantum. Setiap komputer, dengan kekuatan beberapa ratus qubit, terhubung ke sesuatu seperti “internet kuantum”. Beberapa kelompok saat ini sedang mengerjakan konsep serupa, termasuk kelompok Lukin, namun semuanya masih berada pada tahap awal.
Ada sekitar 30 orang yang bekerja di kelompok Mikhail di Harvard, tetapi ada lebih banyak orang yang mengerjakan simulator kuantum: simulator ini diciptakan melalui upaya bersama dari tiga laboratorium ilmiah. Secara total, menurut Lukin, ada sekitar sepuluh pusat serupa di dunia, di mana perkembangan teknologi kuantum terdepan sedang berlangsung. Kebanyakan dari mereka kini beralih dari eksperimen fisik murni menuju pengembangan praktis, dan peran korporasi semakin berkembang. “Selain sains murni, kita sekarang perlu memecahkan masalah teknik yang dapat didefinisikan dengan jelas, dan hal ini dapat dilakukan jauh lebih cepat dan efisien di perusahaan dibandingkan di universitas,” kata Lukin. “Kita sudah mengetahui cara membuat komputer kuantum yang cukup besar, sekarang kita perlu memastikan bahwa sistem tersebut bekerja bukan pada level “hanya mahasiswa pascasarjana yang dapat mengetahuinya”, tetapi pada level “ayolah, hidupkan , berhasil." Di sinilah perusahaan swasta menjadi sangat kuat, serta menemukan penerapan praktisnya.”
Dalam lima tahun ke depan, banyak mesin kuantum yang berfungsi akan tercipta, Monroe yakin. Dan dalam sepuluh tahun ke depan akan ada komputer kuantum yang lengkap, yang diprogram oleh orang-orang yang tidak mengetahui dan tidak terlalu peduli dengan cara kerjanya di dalam, ia yakin: “Saat itulah pencarian penerapan praktisnya yang sebenarnya akan dimulai.” Sekarang komputer kuantum universal dengan beberapa puluh qubit hanya dapat bekerja dengan algoritma yang dibuat secara artifisial, lanjut Monroe: “Dan ini tidak begitu menarik, karena sistem sekecil itu dapat dengan mudah disimulasikan pada komputer biasa.”
Komputer kuantum berada pada tahap yang sama dengan komputer klasik pertama pada masanya, kata Lukin: “Peter Shor sendiri sering membicarakan hal ini: kemudian ada juga beberapa gagasan tentang algoritme yang, mungkin, akan bekerja secara efektif, dan mungkin tidak" . Ketika komputer klasik pertama menjadi perangkat nyata, para ilmuwan dan insinyur mulai menguji algoritme ini pada komputer tersebut, dan banyak di antaranya yang ternyata sangat efektif, kata Lukin: “Saya rasa hal yang sama akan terjadi pada algoritme kuantum.”
Akankah komputer kuantum menjadi perangkat yang umum seperti PC biasa? Meskipun tidak ada yang mengetahui hal ini, semuanya akan bergantung pada contoh dan penerapan spesifik yang dapat menjadi bagian dari kehidupan kita, jawab Mikhail Lukin. “Siapa sangka bahkan 20 tahun yang lalu ini akan menjadi komputer sungguhan,” tutupnya sambil menunjuk ponsel di depannya.
