FIZIK ialah satu bidang sains yang berkaitan dengan dunia fizikal seperti jirim dan pergerakan serta konsep-konsep abstrak seperti tenaga, masa dan fizik kuantum.
Berbanding dengan tenaga dan masa, fizik kuantum mungkin agak asing bagi kebanyakan orang. Namun, tanpa disedari, alat-alat yang berlandaskan fizik kuantum kerap digunakan dalam kehidupan seharian.
Sebagai contoh, sistem kedudukan sejagat (GPS) yang kini merupakan salah satu kegunaan harian sebenarnya menggunakan konsep fizik kuantum.
Perubahan tenaga elektron diaplikasi sebagai jam atom yang bertindak sebagai piawai masa di dalam satelit GPS di angkasa lepas. Konsep fizik kuantum yang sama turut diguna pakai untuk penghasilan cahaya laser.
Kedua-dua teknologi tersebut tidak akan dapat dicipta tanpa pemahaman fizik kuantum dan teknologi moden akan terbantut tanpa teknologi-teknologi tersebut.
Teknologi cakera padat, kod bar dan internet tidak akan wujud tanpa laser.
Tanpa kemudahan GPS, ilmu ukur tanah, sistem pengesanan pesawat dan pengemudian kapal-kapal terpaksa menggunakan kaedah penentuan lokasi secara manual.
Komputer Kuantum Superkomputer Terbaharu
Kini, sebuah lagi alat fizik kuantum sedang dibangunkan. Alat tersebut adalah komputer kuantum yang diuar-uarkan sebagai generasi superkomputer terbaharu.
Superkomputer adalah sejenis komputer dengan keupayaan memproses maklumat digital berjuta-juta kali ganda berbanding komputer peribadi.
Walau bagaimanapun, superkomputer mahupun komputer peribadi dikategorikan sebagai komputer klasik kerana berasaskan konsep fizik klasik.
Sebagai komputer klasik, maklumat disimpan menggunakan bit di mana setiap bit hanya boleh menyimpan satu nilai sahaja (sama ada logik 0 atau logik 1) pada sesuatu masa.
Hukum ini sah untuk semua saiz bit. Sebagai contoh, sistem tiga bit hanya boleh mengambil satu nilai dari lapan konfigurasi berikut: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 atau 111.
Satu teras unit pemprosesan pusat (CPU) bersaiz 32-bit mempunyai 4,294,967,296 konfigurasi tetapi hanya boleh memproses satu nilai dalam satu masa sahaja manakala empat teras CPU berupaya memproses empat nilai dengan serentak.
Bagi sebuah komputer kuantum pula, bit digantikan dengan qubit (bit kuantum) manakala nilai logik ditukar kepada aras tenaga di mana satu qubit boleh menyimpan maklumat untuk kedua-dua aras tenaga Image dan aras tenaga Image pada masa yang sama.
Sistem tiga qubit pula mampu menyimpan maklumat bagi kesemua aras-aras tenaga Image dengan serentak.
Pertindihan nilai-nilai tersebut adalah sebuah fenomena fizik kuantum yang dikenali sebagai superposisi kuantum dan adalah mustahil bagi komputer klasik.
Makanya, lebih banyak maklumat akan dapat disimpan dan diproses secara selari. Dengan setiap penambahan bilangan qubit, keupayaan komputer kuantum meningkat secara mendadak.
Cuba anda bayangkan kemampuan pemproses kuantum bersaiz 32 qubit untuk menyimpan dan memproses semua 4,294,967,296 aras tenaga secara serentak.
Menurut jurnal sains yang diterbitkan pada Oktober 2019, syarikat gergasi Google membina sebuah komputer kuantum bersaiz 53 qubit dan telah menyelesaikan sejenis kiraan dalam masa 200 saat berbanding 10,000 tahun jika menggunakan superkomputer Summit (superkomputer klasik terpantas di dunia).
Menyedari kelebihan komputer kuantum, syarikat-syarikat gergasi lain seperti IBM, Intel, Rigetti, Amazon, Alibaba, Baidu, dan Microsoft turut melabur dalam teknologi berkaitan komputer kuantum.
Kerajaan negara-negara maju juga tidak ketinggalan. Pada tahun 2014 dan 2015, kerajaan Kanada memperuntukkan sekitar AS$22 juta kepada University of Waterloo untuk penyelidikan komputer kuantum.
Pada tahun 2016 pula, kerajaan Jepun memperuntukkan AS$11 juta untuk tiga projek penyelidikan termasuk pembinaan komputer kuantum di Universiti Tokyo.
Kerajaan Singapura telah memperuntukkan AS$80 juta dari tahun 2017 sehingga 2022 kepada Centre for Quantum Technologies (CQT) untuk penyelidikan fizik kuantum termasuklah pembinaan komputer kuantum.
Jumlah peruntukan Amerika Syarikat (AS) bagi penyelidikan komputer kuantum dan teknologi berkaitan adalah sekitar AS$250 juta setiap tahun. Jumlah ini tidak termasuk pelaburan daripada Jabatan Tenaga AS sebanyak AS$40 juta pada tahun 2018 dan AS$625 juta pada tahun 2020.
Potensi Komputer Kuantum di Malaysia
Selain dana penyelidikan yang besar, pelbagai teknologi canggih diperlukan untuk membina sebuah komputer kuantum.
Pembinaan pemproses kuantum memerlukan teknologi fabrikasi mikro seperti teknologi saput tipis dan litografi alur elektron. Selain itu, komputer kuantum biasanya beroperasi pada suhu sekitar -273.14 °C. Suhu ini adalah lebih sejuk dari suhu ais kering (-78.5 °C) dan suhu di angkasa lepas (-270.45 °C).
Bagi mengawal qubit, teknologi khas gelombang mikro berfrekuensi sekitar 5-8 GHz diperlukan. Teknologi seperti ini biasanya dikawal oleh negara maju dan memerlukan permohonan serta pengisytiharan untuk mengimport alat-alat tersebut.
Elemen terakhir untuk penyelidikan ini adalah tenaga kerja mahir yang berketrampilan tinggi dalam fizik kuantum serta teknologi yang berkaitan. Malangnya, kekurangan elemen penting ini adalah masalah kritikal di negara kita.
Jika Malaysia ingin menceburi bidang penyelidikan seperti ini, lebih banyak penekanan dan peruntukan perlu diberi untuk penyelidikan fundamental, khususnya bagi pembelian alat-alat berteknologi tinggi.
Walau bagaimanapun Malaysia boleh mencuba dengan menubuhkan sebuah pusat kecemerlangan (COE) berautonomi untuk penyelidikan fizik kuantum seperti di negara jiran. Para penyelidik dari universiti-universiti tempatan dan pakar-pakar luar negara boleh disatukan di bawah COE tersebut.
Untuk berjaya, COE ini memerlukan sokongan dana yang berterusan daripada pelbagai kementerian yang berkaitan dengan pendidikan, sains dan teknologi, pertahanan dan sekuriti, tenaga, komunikasi dan sebagainya. Namun idea ini dilihat sebagai sesuatu yang bukan mustahil.
Idea ini adalah hasil pengalaman penulis di CQT yang merupakan pusat penyelidikan kecemerlangan di Singapura sejak tahun 2007. Di sana, penulis menyertai kumpulan penyelidik yang sedang membangunkan sistem 10 qubit.
Penulis juga sedang membantu penyelidik di Osaka University, Jepun untuk membangunkan sistem 8 qubit.
———————–
Penulis adalah pensyarah kanan di Fakulti Sains, UTM dan juga penyelidik jemputan di Centre for Quantum Technologies, Singapura dan Osaka University, Jepun.
