Panduan CIO untuk Komputasi Quantum

Teknologi komputasi kuantum diselimuti mitos dan mistik – yang bisa dimengerti ketika Anda mempertimbangkan klise yang dibicarakan ketika membahasnya: "komputer kuantum akan beroperasi lebih cepat daripada kecepatan cahaya". "Komputer kuantum akan menggantikan semua sistem konvensional".

"Komputasi kuantum akan membuat semua algoritma enkripsi keamanan menjadi usang". CIO telah dibanjiri dengan hype, tetapi harus belajar untuk memotong kebisingan untuk memahami kekuatan mengganggu komputasi kuantum dan aplikasi potensial dalam kecerdasan buatan (AI), pembelajaran mesin (ML) dan ilmu data.

Sementara solusi kuantum mungkin merevolusi seluruh industri TI dengan dampak ekonomi, industri, dan sosial yang cukup besar, mereka tidak akan beroperasi dengan kecepatan rendah, menggantikan sistem saat ini, atau menjadikan semua enkripsi keamanan berlebihan dalam semalam.

Komputasi kuantum seharusnya tidak diabaikan. Ini memegang potensi besar di bidang kimia, optimasi, ML dan AI, dan akan dapat mengatasi peluang kunci di bidang-bidang yang saat ini tidak dapat diakses karena keterbatasan arsitektur komputer klasik.

Apa itu komputasi kuantum?

Komputasi kuantum adalah jenis komputasi non-klasik berdasarkan keadaan kuantum partikel subatom. Ini berbeda secara fundamental dari komputer klasik, yang beroperasi menggunakan bit biner. Komputasi kuantum menggunakan bit kuantum, atau qubit. Satu qubit dapat mewakili rentang nilai, yang dikenal sebagai 'superposisi'.

Superposisi memberikan kecepatan dan paralelisme komputer kuantum, karena setiap qubit individu dapat mewakili solusi kuantitatif untuk suatu masalah. Qubit juga dapat dihubungkan bersama (dikenal sebagai "keterjeratan"). Setiap qubit terjerat menambahkan dua dimensi tambahan ke sistem. Dikombinasikan dengan superposisi, komputer kuantum mampu memproses sejumlah besar hasil yang mungkin sekaligus. Jumlah qubit berkualitas tinggi yang diperlukan untuk membuat komputer kuantum yang layak tergantung pada masalahnya.

Kemampuan komputer kuantum untuk mengungguli komputer klasik disebut "supremasi kuantum." Para ahli meramalkan bahwa supremasi kuantum akan menjadi kenyataan dalam hitungan tahun untuk sejumlah kecil masalah komputasi.

Aplikasi potensial komputasi kuantum

Karena komputasi kuantum untuk tujuan umum tidak mungkin masuk akal secara ekonomi, aplikasi untuk teknologi akan menjadi sempit dan sangat fokus. Namun demikian, teknologi memang memiliki potensi untuk merevolusi industri tertentu. Komputasi kuantum dapat memungkinkan terobosan dalam:

• Pembelajaran mesin: Peningkatan ML melalui prediksi terstruktur yang lebih cepat. Contohnya termasuk mesin Boltzmann, mesin kuantum Boltzmann, pembelajaran semi-diawasi, pembelajaran tanpa pengawasan dan pembelajaran mendalam;
• Kecerdasan buatan: Perhitungan lebih cepat dapat meningkatkan persepsi, pemahaman, dan diagnosis kesalahan sirkuit / pengklasifikasi biner;
• Kimia: Pupuk baru, katalis, baterai kimia semuanya akan mendorong peningkatan pemanfaatan sumber daya;
• Biokimia: Obat baru, obat khusus, dan mungkin bahkan pemulih rambut;
• Keuangan: Komputasi kuantum dapat memungkinkan simulasi Monte Carlo yang lebih cepat dan lebih kompleks; misalnya, perdagangan, optimisasi lintasan, ketidakstabilan pasar, optimisasi harga dan strategi lindung nilai;
• Kesehatan: sekuensing gen DNA, seperti optimisasi pengobatan radioterapi / deteksi tumor otak, dapat dilakukan dalam hitungan detik, bukan jam atau minggu;
• Bahan: bahan super kuat; cat tahan korosi; pelumas dan semikonduktor;
• Ilmu komputer: Fungsi pencarian multidimensi yang lebih cepat; misalnya, optimisasi kueri, matematika, dan simulasi.

Risiko mengabaikan komputasi kuantum

Sementara banyak aspek masa depan komputasi kuantum tetap tidak pasti, seperti fisika, bahan, dan kontrol, organisasi multinasional seperti IBM, Google, Intel dan Microsoft sudah banyak berinvestasi dalam perangkat keras dan perangkat lunak.

CIO harus mempertimbangkan teknologi komputasi kuantum sebagai keunggulan kompetitif, karena algoritma baru yang terinspirasi kuantum dapat menghasilkan solusi inovatif dan pendekatan baru dalam pengembangan produk. Ini juga dapat secara signifikan mengurangi waktu ke pasar, serta mengoptimalkan pengiriman pelanggan.

Selain itu, mengabaikan komputasi kuantum dapat menempatkan properti intelektual (IP) dan portofolio paten dalam risiko: pengadopsi awal akan menikmati keunggulan kompetitif dengan mematenkan inovasi yang terinspirasi kuantum dalam domain tertentu. Misalnya, pesaing mungkin mengembangkan solusi berbasis kuantum untuk meningkatkan simulasi Monte Carlo sebesar 1.000%, atau perusahaan farmasi mungkin secara signifikan mengurangi waktu untuk memasarkan obat baru.

Realitas komputasi kuantum

Kami saat ini hidup melalui musim dingin kuantum – yaitu, risiko yang melebihi pembangunan, berpotensi memiliki dampak negatif pada persepsi dan investasi. Hype media meningkatkan kesadaran sambil secara bersamaan menetapkan jadwal waktu dan kapabilitas yang tidak realistis. Tingkat sensasi ini dijamin akan memberi jalan bagi kekecewaan, yang khususnya berbahaya untuk komputasi kuantum, karena membutuhkan investasi yang berkelanjutan dan terfokus untuk jangka panjang.

Karena fisika dasar komputasi kuantum tetap dalam pengembangan, hasil yang konsisten tidak akan muncul selama setidaknya 5 hingga 10 tahun. Dengan demikian, setiap investasi yang dilakukan dalam mengejar peluang komputasi kuantum harus terbayar dalam penemuan yang dapat diuangkan.

Logistik yang diperlukan untuk komputer kuantum spesifik: lingkungan harus didinginkan hingga 0,015 Kelvin, dan prosesor harus ditempatkan di lemari es pengenceran yang terlindung hingga 50.000 kali lebih kecil dari medan magnet bumi. Ini juga membutuhkan kalibrasi beberapa kali setiap hari. Kondisi pemeliharaan ini tidak memungkinkan bagi sebagian besar organisasi. Gartner merekomendasikan agar organisasi yang tertarik dalam komputasi kuantum memanfaatkan komputasi kuantum sebagai layanan (QCaaS) untuk meminimalkan risiko dan menahan biaya. Pada 2023, 95% organisasi yang meneliti strategi komputasi kuantum akan menggunakan QCaaS.

Secara keseluruhan, tetap lebih aman untuk berinvestasi lebih sedikit dalam teknologi atau berinvestasi pada karyawan yang terampil yang dapat sepenuhnya produktif sebagai manajer produk di bidang yang menghasilkan pendapatan. Ketika peluang komputasi kuantum muncul, manajer produk ini akan memiliki keterampilan untuk mengatasinya. Gartner telah mengidentifikasi sejumlah mengejutkan fisikawan kuantum degreed dalam peran manajemen produk.

CIO harus fokus pada nilai bisnis, dan mengharapkan hasil setidaknya 5 tahun

Pada 2023, 90% investasi komputasi kuantum perusahaan akan melibatkan organisasi konsultan kuantum untuk membantu membentuk masalah yang dapat meningkatkan algoritma kuantum. Mengetahui cara mengidentifikasi dan mengekstrak nilai bisnis dari inisiatif komputasi kuantum adalah keterampilan utama untuk dikembangkan. CIO harus mencari peluang potensial dari komputasi kuantum dan siap membantu bisnis memanfaatkannya.

Peluang ini akan perlu diintegrasikan sepenuhnya dengan TI tradisional, dan akan membutuhkan kolaborasi silang baru dari ilmuwan penelitian, ilmuwan data komputasi, dan ilmuwan data kuantum. Paradigma pembangunan baru ini sangat penting untuk keberhasilan setiap program kuantum.

Matthew Brisse adalah Research VP di Gartner.