Masa Depan Kuantum
Penerapan fisika kuantum tidak hanya berhenti di sini. Fisika kuantum masih menyimpan banyak misteri dan manfaat yang tidak pernah diduga sebelumnya. Terlebih lagi kita belum benar-benar tahu dunia kuantum sepenuhnya. Maka dari itu, penerapan bidang ini masih amat luas.
Kali ini kita akan menjelajahi kemungkinan-kemungkinan penerapan fisika kuantum yang sudah mulai kita ketahui. Teknologi-teknologi ini akan membantu kebutuhan hidup manusia yang mungkin belum terpikirkan sebelumnya.
Sensor Kuantum
Dengan teknologi terkini, kita sudah dapat melakukan pengukuran kuantum secara lebih detail. Pengukuran tersebut dapat menghasilkan informasi kuantum. Informasi ini akan sangat berguna bagi banyak bidang dan bahkan dapat mengubah wajah dunia komputasi secara keseluruhan. Data dan informasi tersebut didapat dari pengukuran skala atomik. Teknologi yang mampu mendeteksi perubahan gerak, medan elektrik, medan magnetik, dan sifat fisis lainnya pada skala atom disebut dengan sensor kuantum.
Jika mendengar kata sensor, mungkin terbayang sensor-sensor konvensional berupa alat ukur. Seperti timbangan untuk mengukur massa, barometer untuk mengukur tekanan, maupun termometer untuk mengukur temperatur. Semua alat tersebut memang benar dapat mengukur besaran fisis. Satu hal yang membedakan sensor tersebut dengan sensor kuantum adalah sensor kuantum mampu mendeteksi keadaan individu atom. Akibatnya pengukuran jadi lebih akurat dan dapat diandalkan. Bagaimana penerapannya nanti? Misalnya dokter dapat menggunakan imaging secara kuantum untuk mendapatkan akurasi yang lebih baik. Deteksi sinyal-sinyal berkekuatan variatif, mulai dari yang intensitasnya sangat rendah seperti sinyal latar belakang kosmik sampai intensitasnya sangat besar seperti gempa bumi, dapat dideteksi lebih presisi dan lebih cepat.
Simulasi Kuantum
Pernah terbayang bagaimana kita dapat membuat bahan kimia yang dapat membantu kehidupan manusia? Semua itu bermula dari eksperimen peneliti di laboratorium. Biasanya peneliti akan mencampurkan dan mensintesis berbagai bahan sesuai dengan teori yang ada untuk menghasilkan senyawa kimia baru. Jika berhasil, senyawa tersebut dapat dikomersialisasi dengan pembuatan pabrik besar-besaran sehingga produknya dapat dinikmati banyak orang. Pupuk dan amonia menjadi salah dua produk yang tercipta dari hasil karya eksperimen Haber-Bosch. Keduanya telah merevolusi cara kita memiliki jumlah pangan yang cukup dan menghindari umat manusia dari krisis pangan pada abad-19 akibat krisis sumber nitrogen.
Permasalahannya adalah eksperimen ini tidak selalu membuahkan hasil optimum. Seringkali percobaan yang dilakukan gagal dan membuang biaya yang sangat besar. Dengan berkembangnya sumber daya komputasi saat ini, kita tidak perlu lagi melakukan trial and error terus-menerus. Kini kita sudah dapat melakukan pemodelan dan simulasi senyawa kimia dan material hingga skala atom! Hal ini tidak terlepas dari pemecahan persamaan Schrödinger yang terkenal dapat mendefinisikan keadaan suatu susunan atom dan molekul. Melalui berbagai pendekatan matematis, kini kita sudah memiliki perangkat simulasi seperti Teori Kerapatan Fungsional atau Density Functional Theory (DFT) dan simulasi Dinamika Molekuler atau Molecular Dynamics (MD). Keduanya dapat memodelkan struktur kompleks sekalipun sehingga kita dapat melakukan perkiraan sifat suatu senyawa kimia dan material terbaru tanpa harus percobaan laboratorium. Bahkan keduanya dapat menambah perspektif pada hasil uji laboratorium.
Simulasi kuantum ini masih dalam tahap pengembangan. Kita memerlukan hasil yang lebih akurat dan lebih efisien sumber daya komputasi. Melalui teknologi terbaru seperti Artificial Intelligence (AI) dan Machine Learning (ML), simulasi kuantum dapat dilakukan secara autonomous dan efektif. Terlebih lagi dengan hadirnya komputasi kuantum yang kelak akan merevolusi industri komputasi.
Material Kuantum
Pernahkah kamu memakai kabel terminal listrik atau stop kontak hingga bercabang-cabang? Jika iya, kamu akan merasakan kabel yang menghubungkan terasa sangat panas dan bisa jadi mulai ada percikan api. Hal ini terjadi karena adanya resistansi listrik berlebih. Sebenarnya resistansi ini baik untuk mengatur besarnya arus listrik sehingga tidak terjadi konsleting pada berbagai perangkat elektronik. Mungkin pada skala kecil seperti rumahan, hal itu bukan jadi masalah. Bagaimana jika kita perlu menghantarkan listrik dari satu tempat ke tempat yang jauh? Resistansi listrik pada kabel dapat menjadi sangat besar sehingga daya listrik tidak teraliri secara efektif.
Material kuantum hadir menjawab masalah-masalah demikian. Dalam bahasan tersebut, material superkonduktor dapat mengatasi masalah resistansi berlebih. Superkonduktor berbeda dari konduktor logam pada umumnya. Material kuantum ini dapat menghantarkan listrik hampir tanpa hambatan sehingga daya listrik dapat mengalir tanpa ada yang terbuang. Permasalahannya superkonduktor hanya ada pada suhu yang sangat rendah, tekanan yang sangat tinggi, dan ketersediaannya sangat terbatas. Material kuantum ini dapat menjadi game changer dalam dunia kelistrikan dan sangat mungkin di masa depan kita tidak lagi memakai kabel konvensional. Material superkonduktor hanya satu dari sekian banyaknya material kuantum yang ada. Penting bagi kita untuk terus mengembangkan material kuantum ini dengan teknologi terbaru.
Komputasi Kuantum
Selama ini kita sudah familiar dengan penggunaan komputer digital dalam berbagai bentuknya berupa laptop, desktop, ataupun smartphone. Seiring berjalannya waktu, kemampuan dari komputer terus menerus meningkat dengan berkembangnya teknologi yang mampu memperkecil komponen-komponen penyusunnya. Akan tetapi, perkembangan tersebut nantinya akan terhambat ketika komponen penyusun chip dalam komputer mencapai skala atomik dan tidak dapat diperkecil lagi. Salah satu solusi yang ditawarkan dalam menjawab permasalahan skala adalah dengan mengubah cara kerja dasar dari sistem komputer digital menjadi sistem komputer kuantum.
Komputer biasa terdiri dari bagian terkecil berupa transistor yang saling dirangkai menjadi gerbang logika. Gerbang logika nantinya digunakan untuk mengolah data bit (binary digit) dalam bentuk biner (1 atau 0). Pada komputer kuantum, transistor dan gerbang-gerbang logika akan digantikan dengan sistem kuantum dan gerbang kuantum. Sebuah sistem memiliki kemampuan untuk berada pada keadaan superposisi. Hal ini memungkinkan kita untuk melakukan perhitungan secara paralel, meningkatkan kemampuan komputasi secara drastis. Alih-alih menggunakan bit, komputer kuantum memanfaatkan qubit (quantum binary digit) yang mampu berada pada keadaan 1 dan 0 sekaligus.
Kriptografi Kuantum
Dunia sosial media telah berkembang pesat dan sisi keamanan pengguna menjadi bagian penting dari hidup kita saat ini. Keamanan data kita menjadi yang utama untuk menghindari tindak kejahatan seperti penipuan dan penyalahgunaan data. Pernahkan kamu membuat password akun sosial media dengan sangat rumit agar tidak ada yang mengetahuinya? Hari ini kamu masih aman karena teknologi kriptografi saat ini belum berkembang begitu pesat. Bagaimana jika komputasi kuantum sebelumnya telah digunakan khalayak ramai? Dengan kecepatan komputasi yang jauh lebih cepat, kriptografi dapat dilakukan jauh lebih cepat membuat data kita tidak lagi aman, meski dengan password rumit sekalipun.
Algoritma-algoritma yang telah dirancang pada komputer kuantum mampu digunakan untuk membobol sistem keamanan yang sekarang ini kita gunakan. Di sisi lain, perkembangan teknologi kuantum juga memberikan metode alternatif dalam pengamanan yang disebut sebagai kriptografi kuantum. Teorema no-cloning membuat informasi kuantum tidak mungkin disalin secara sempurna tanpa adanya kerusakan data. Selain itu juga, informasi kuantum akan mengalami collapse jika mengalami pengukuran. Oleh karena itu, pihak-pihak yang saling berkomunikasi dengan teknologi kuantum akan mengetahui apabila terdapat seseorang yang mencoba untuk mencuri data sepanjang transmisi data.