Meneropong Masa Depan: Quantum Computing (2020 Update)

Artikel ini merupakan update dari artikel sebelumnya (2019)
Trend in Commercial Quantum Computing. Diawali dengan peluncuran Quantum Annealer oleh DWave (2011), juga terbukanya akses publik ke IBM Quantum Experience (2016), perkembangan quantum computer menuju komersialiasi quantum computing berkembang dengan cepat. Sejak tahun 2011 pula, berbagai startup mulai berkembang dan sejak tahun 2015 jumlahnya telah melampaui para pemain besar (incumbents) yang menunjukkan potensi besar terhadap perkembangannya di masa yang akan datang. Hal ini termuat dalam naturereviews physics pada 12 Oktober 2020 dalam artikel bertajuk “The emerging commercial landscape of quantum computing” (MacQuarrie, E.R., Simon, C., Simmons, S. et al., 2020).
Potensi penerapan komersial dari quantum computer dalam berbagai bidang (IBM, 2020a).
Potensi penerapan komersial dari quantum computer dalam berbagai bidang (TheQuantumDaily, 2020).
IBM Quantum Computing Scientists Hanhee Paik (left) and Sarah Sheldon (right) examine the hardware inside an open dilution fridge at the IBM Q Lab at IBM’s T. J. Watson Research Center in Yorktown, NY.
Rencana pengembangan IBM Quantum Computer “IBM Quantum Computer Roadmap” dari Small, NISQ-devices (Noisy Intermediate-Scale Quantum Computer) saat ini (65-qubit di September 2020) menuju Large & Advanced Quantum System di masa depan.
Summary to a survey question: “What approach to qubits do you think will support the milestone of a Quantum Computer being able to solve a practical problem that a Classical Computer cannot?” (TheQuantumDaily, 2020).
Alur kerja saat sebuah job dikirimkan (submit) dari classical computer ke IBM quantum computer. Job ini kemudian dijalankan (execute), dan kemudian menghasilkan (return value) suatu quantum measurement yang dikembalikan lagi ke classical computer.

Bit dan Classical Computer

Kemajuan perkembangan teknologi begitu cepatnya, terutama dalam satu dekade terakhir ini. Baik komputer maupun smartphone yang sudah akrab dengan kehidupan kita sehari-hari selalu berlomba untuk bertambah cepat setiap tahunnya (dengan ukuran yang kurang lebih sama). Artinya, berbagai komponen penunjangnya haruslah dibuat semakin kecil, ini yang kita kenal sebagai hukum Moore (Moore’s law) di mana setiap 18 bulan, kepadatan transistor (dalam suatu chip) diprediksikan akan bertambah 2 kali lipat.

Hanya ada 2250 transistor di prosesor Intel pertama — Intel 4004 (1971) sampai 8,5 milyar transistor di Apple A13 for iPhone 11 Quad-core GPUs (2019) dan 54 Milyar transistor di prosesor GPU NVidia GA100 Ampere (2020).

Qubit dan Quantum Computer

IBM Quantum Computer yang dapat diakses oleh publik melalui IBM Cloud sejak bulan Mei 2016 sangatlah berbeda dengan komputer yang beroperasi dengan dasar bit. Dasar dari pemrosesan sebuah Quantum Computer adalah quantum bit, yang disebut juga sebagai Qubit.

Tampilan status IBM Quantum Computer 5-qubits (London) saat diakses pada tanggal 7 Agustus 2020 (status: online/aktif dan dapat digunakan untuk pemrosesan).
Tampilan status IBM Quantum Computer 15-qubits (Melbourne) saat diakses pada tanggal 7 Agustus 2020 (status: online/aktif dan dapat digunakan untuk pemrosesan).
Tampilan Editor dengan contoh 3 qubits quantum circuit dalam konfigurasi GHZ (Bell State/Entanglement), automatic quantum circuit translation ke Qiskit quantum programming library (dalam Bahasa pemrograman Python) dan 3-qubit histogram (hasil dari eksekusi quantum circuit pada real device — IBMQ London Quantum Computer).
Tampilan User Account Information pada IBM Quantum Computing Experience, diakses pada 7 Agustus 2020.

Aplikasi Quantum Computer

Dikutip dari IBM Newsroom bertajuk “IBM Unveils World’s First Integrated Quantum Computing System for Commercial Use” (IBM, 2020e): IBM Q (komputer kuantum) berbasis qubit dirancang untuk memecahkan masalah yang pada saat ini dilihat sebagai masalah yang terlalu kompleks (dan bersifat eksponensial) untuk dapat dipecahkan dengan komputer yang berbasiskan bit (komputer klasik).

Contoh program berbasiskan quantum computer, dalam Bahasa pemgrograman Python yang dapat dijalankan pada IBM Quantum Computer. Fisik IBM Quantum Computer juga ditunjukkan pada gambar, yang beroperasi pada suhu sekitar 15 mili Kelvin, suhu yang sangat dingin seperti suhu di luar angkasa (ruang hampa udara).
  • Penemuan obat baru (Quantum Chemistry untuk New Drug discovery): Memahami interaksi molekul dan reaksi kimia yang sedemikian kompleksnya, sehingga dapat berujung kepada penemuan obat-obat baru di dunia kedokteran dan farmasi.
  • Rantai pasokan & logistik (Optimization untuk Supply Chain & Logistics): Mencari jalur yang optimal dari berbagai sistem dan subsistem untuk sangat mengefisienkan rantai pasokan dan logistik (missal: optimisasi operasi kendaraan pengangkut barang saat musim liburan).
  • Layanan Finansial (Modeling untuk Financial Services): Membantu menemukan cara baru untuk memodelkan data finansial dan meminimisasi (atau mengisolasi) faktor-faktor resiko global sehingga dapat melakukan aktifitas investasi yang lebih baik.
  • Kecerdasan buatan (Quantum Machine Learning untuk Artificial Intelligence): Membuat berbagai komponen dari artificial inteligence seperti halnya machine learning menjadi jauh lebih baik, saat volume data-nya sudah terlalu besar (misal dalam melakukan pencarian data berbasis gambar atau video).
  • Cloud Security (Quantum Key Distribution, Post Quantum Cryptography dan Quantum Communication untuk Security): Membuat komputasi berbasis cloud menjadi lebih aman melalui penerapan hukum-hukum fisika kuantum.

Pengenalan Pemgrograman Komputer Kuantum, dengan Python & Qiskit

Pada awalnya, pengetahuan mengenai sifat dan cara kerja atom serta pergerakan elektron (quantum mechanics) sangat diperlukan untuk dapat memahami ini. Juga konsep superposition dan entanglement.

Contoh kode program dalam Bahasa pemrograman Python untuk melakukan loading berbagai fungsi yang dibutuhkan dari IBM QISkit Python library, membentuk suatu quantum circuit dengan 2 qubit, menjalankannya pada quantum computing experience, dan kemudian menampilkan hasil pemrosesannya.
Tutorial yang disediakan untuk eksplorasi IBM Quantum Computer. Ada 2 mode yang disediakan untuk melakukan pemrosesan (simulasi atau langsung diproses di real processor). Untuk pemrosesan langsung di real quantum processor, akses diatur berdasarkan kuota jumlah unit. New user biasanya diberikan 15 unit, di mana pemrosesan suatu komputasi dapat menggunakan 3 atau 5 unit tergantung kompleksitas ‘program’ yang kita buat.
  • Terra (foundation — circuit & pulses).
  • Aqua (menunjang aplikasi vertical di area seperti AI — Artificial Intelligence, Chemistry, dan Finansial).
  • Aer (execute circuit yg dibuat pada QISkit Terra).
  • Ignis (design a better way to do quantum computing).
IBM QISkit Terra, Aer, Aqua & Ignis.

Bagaimana Langkah Selanjutnya?

Sampai tulisan ini dipublikasikan, IBM Summit menjadi salah satu super komputer yang tercepat di dunia (source: https://www.top500.org). Kemampuan komputasinya mencapai 200 PF (Petaflops), 9.216 IBM POWER9 CPU prosesor + 27.648 NVidia GPU (Graphic Processing Unit), kapasitas memory >10 PB (Peta Bytes), kapasitas storage: 250 PB. Analoginya (menurut IBM), super komputer yang terpasang di Oak Ridge National Laboratory ini (lokasi: Tennessee, Amerika Serikat), sekitar satu juta kali lebih powerful dari laptop/notebook yang paling powerful saat ini.

References

--

--

https://www.linkedin.com/in/andisama/

Love podcasts or audiobooks? Learn on the go with our new app.

Get the Medium app

A button that says 'Download on the App Store', and if clicked it will lead you to the iOS App store
A button that says 'Get it on, Google Play', and if clicked it will lead you to the Google Play store