KECEPATAN komputer
mengolah informasi sangat ditentukan oleh prosesornya. Dalam teknologi digital
silikon (konvensional), untuk meningkatkan kecepatan prosesor kerapatan
transistor dalam cip prosesor harus ditingkatkan. Upaya untuk meningkatkan
kerapatan transistor ini tidak mungkin dilakukan terus menerus tanpa batas
karena suatu saat pasti akan mencapai maksimum, yaitu ketika ukuran transistor
sudah tidak dapat diperkecil lagi. Pada keadaan ini perlu ditemukan teknologi
baru, misalnya teknologi kuantum, untuk meningkatkan kecepatan prosesor.Istilah
kuantum (quantum) belakangan ini mulai populer dan sering digunakan dalam
berbagai konsep yang memperkenalkan suatu paradigma baru, misalnya quantum
learning, quantum teaching, quantum business, dan sebagainya. Kiranya tidak
berlebihan jika dikatakan bahwa istilah kuantum pertama kali diperkenalkan oleh
Max Planck, seorang fisikawan Jerman, dalam teori kuantum cahaya untuk
menjelaskan radiasi benda hitam. Secara tak langsung teori inilah yang
melahirkan fisika kuantum yang mempunyai efek dominan pada sistem dalam skala
atomik. Sejalan dengan perkembangan ilmu fisika dan informasi, belakangan ini
telah mulai dikembangkan komputasi kuantum yang menggunakan prinsip-prinsip
fisika kuantum. Komputasi kuantum ini nantinya diharapkan dapat melahirkan
teknologi kuantum yang memungkinkan terobosan teknologi untuk mewujudkan
komputer masa depan (komputer kuantum) yang bekerja dengan cara yang sama
sekali berbeda dengan komputer konvensional yang dikenal saat ini.
Apa yang membedakan
komputer kuantum dari komputer konvensional (digital)? Kita dapat mulai dengan
mengamati secuil satuan informasi yang disebut satu bit, yaitu satu sistem
fisis yang dapat dinyatakan dalam satu di antara dua keadaan (dua nilai logik)
yang berbeda: ya atau tidak, benar atau salah, 0 atau 1. Satu bit informasi
dapat diberikan oleh dua keadaan polarisasi cahaya atau dua keadaan elektronik
suatu atom. Namun, jika satu atom dipilih untuk merepresentasikan satu bit
informasi maka menurut mekanika kuantum di samping kedua keadaan elektronik
yang berbeda, atom tersebut dapat pula berada dalam keadaan superposisi
(paduan) dua keadaan tersebut. Atom tersebut dapat berada pada keadaan 0 dan 1
secara serentak. Secara umum, satu sistem kuantum dengan dua keadaan atau
quantum bit (qubit) dapat dibuat berada dalam suatu keadaan superposisi dari
kedua keadaan logiknya
Perhatikan perbandingan
berikut. Register konvensional tiga bit dalam satu saat hanya dapat menyimpan
satu dari 8 kemungkinan keadaan yang berbeda seperti: 000, 001, 010, 011, 100,
101, 110, dan 111. Sebaliknya, suatu register kuantum tiga qubit dalam satu
saat dapat menyimpan 8 kemungkinan keadaan yang berbeda tersebut secara
serentak sebagai suatu superposisi kuantum. Jika jumlah qubit terus ditambahkan
pada register maka kapasitas penyimpanan keadaan (informasi) dalam register
akan meningkat secara eksponensial, yaitu secara serentak 3 qubit dapat
menyimpan 8 keadaan berbeda, 4 qubit dapat menyimpan 16 keadaan berbeda, dan
seterusnya sehingga secara umum N qubit dapat menyimpan sejumlah 2N keadaan
berbeda. Sekali suatu register disiapkan dalam suatu superposisi dari
keadaan-keadaan yang berbeda, operasi-operasi pada semua keadaan itu dapat
dilakukan secara bersamaan. Sebagai contoh, jika qubit-qubit tersimpan dalam
atom-atom, pulsa laser yang diatur secara tepat dapat mempengaruhi
keadaan-keadaan elektronik atom dan mengubah superposisi awal menjadi
superposisi lain yang berbeda. Selama perubahan tersebut setiap keadaan dalam
superposisi awal terpengaruh sehingga dapat dihasilkan suatu komputasi masif
secara paralel dalam satu keping hardware kuantum.
Suatu komputer kuantum
dalam satu langkah komputasi dapat melakukan operasi matematis pada 2N input berlainan
yang tersimpan dalam superposisi koheren N qubit. Untuk melakukan hal yang
sama, suatu komputer konvensional harus mengulang operasi sejumlah 2N kali atau
harus digunakan 2N prosesor konvensional yang bekerja bersamaan. Komputer
kuantum menawarkan peningkatan yang sangat luar biasa dalam penggunaan dua
sumber daya komputasi utama, yaitu waktu dan memori. Tahap awal menuju gerbang
logika kuantum dan jaringan kuantum sederhana adalah usaha mengontrol fenomena
kuantum dalam suatu eksperimen. George Johnson dari New York Times melaporkan
bahwa di Los Alamos, USA, Dr Raymond Laflamme dan Dr Emanuel Knill sedang
melakukan eksperimen yang mengaplikasikan komputasi kuantum dengan menggunakan
NMR (nuclear magnetic resonance) yang sebelumnya sering digunakan untuk
memetakan struktur molekul berdasarkan respons atom-atom penyusunnya terhadap
gelombang elektromagnetik. Teknologi serupa ini, magnetic resonance imaging
(MRI) sudah cukup lama dan cukup banyak digunakan di rumah sakit, yaitu untuk
melakukan scanning pada jaringan tubuh manusia.
Dalam eksperimen yang
telah dilakukan, lima qubit disimpan dalam spin-spin inti lima atom yang
menyusun suatu molekul yang disebut asam kroton (crotonic acid) yang disintesis
secara khusus oleh ahli kimia Los Alamos, Dr Rudy Martinez. Spin merupakan
besaran intrinsik dalam fisika kuantum, secara analog digambarkan sebagai efek
yang timbul dari gerak putar seperti gasing yang dapat berinteraksi dengan
medan magnet. Jika gerak putar searah jarum jam dinyatakan sebagai keadaan spin
down atau 0, maka gerak putar dalam arah berlawanan jarum jam dinyatakan
sebagai keadaan spin up atau 1. Mula-mula suatu sampel asam kroton yang berisi
sekitar 1021 (satu milyar trilyun) molekul diletakkan di dalam inti
spektrometer NMR. Sejumlah nitrogen dan helium cair digunakan untuk
mendinginkan kumparan superkonduktor NMR untuk menghasilkan medan magnet yang
sangat kuat. Pada awal eksperimen, spin inti-inti atom dalam molekul asam
kroton berorientasi ke segala arah secara acak. Melalui keyboard komputer yang
terhubung ke NMR, peneliti meratakan arah spin dengan medan elektromagnetik,
hanya saja hasilnya tidak sepenuhnya rapi. Medan magnet yang kuat dalam NMR
hanya dapat menyebabkan sebagian kecil, sekitar 1013 (sepuluh trilyun) molekul,
mempunyai orientasi spin inti yang dapat dinyatakan sebagai 11111.
Molekul-molekul homogin inilah yang digunakan dalam komputasi kuantum. Hal ini
dapat dilakukan sebab setiap spin dari kelima inti dalam molekul tersebut
beresonansi pada frekuensi yang berbeda.
Dengan
menggunakan pulsa gelombang radio peneliti dapat memilih spin inti tertentu,
misalnya inti kedua, dan menggoncangkannya serupa bel sehingga semua spin inti
kedua dari sekitar 10 trilyun molekul tersebut berdenting secara sinkron.
Jika pulsa gelombang
radio diatur dalam selang waktu yang tepat, spin inti-inti kedua dapat diputar
ke arah berlawanan, disimbolkan sebagai keadaan 0. Pulsa lain dengan
karakteristik sama akan mengembalikan orientasi spin inti-inti kedua ke arah
semula atau keadaan 1. Sebaliknya, pulsa dengan selang waktu setengah kali akan
menyebabkan spin inti-inti tersebut berada dalam superposisi kuantum: secara
bersamaan pada keadaan 1 dan 0. Yang digambarkan di atas tak lain daripada
suatu saklar kuantum. Suatu molekul dapat digunakan untuk melakukan perhitungan
sebab spin inti-inti atomnya, seperti saklar-saklar kecil di dalam cip
komputer, dapat berinteraksi satu terhadap yang lain: suatu pulsa gelombang
radio akan menyebabkan spin inti tertentu berubah dari keadaan 1 ke 0 atau
sebaliknya. Di dalam komputer digital susunan demikian ini dikenal sebagai
gerbang logika, komponen dasar untuk suatu komputasi. Serangkaian gerbang
logika memungkinkan suatu komputasi dapat dilakukan. Berbekal keberhasilan dan
pengetahuan yang diperoleh dari penelitian sebelumnya, kelompok peneliti di Los
Alamos melakukan penelitian komputasi kuantum dengan menggunakan 10 qubit.
Dalam penelitian ini mereka melakukan koreksi kesalahan kuantum, salah satu
komponen yang sangat penting bagi perkembangan teknologi kuantum. Dapatkah
komputer kuantum direalisasikan dalam waktu dekat merupakan suatu pertanyaan
yang sulit dijawab. Lahirnya teknologi baru selalu membawa perubahan yang perlu
dicermati dan diantisipasi. Yang pasti, teknologi kuantum untuk mewujudkan
komputer kuantum akan membawa paradigma baru dalam dunia komputer, baik dari
segi hardware maupun software (algoritma).
Inovasi Baru Pada Bidang Nano Teknologi
Di Indonesia
Pengembangan
nanoteknologi di Indonesia dilakukan sejak sekitar tahun 2000. Selama 10 tahun
terakhir muncul berbagai aplikasinya. Inovasi nanoteknologi telah menumbuhkan
bidang usaha baru instrumentasi yang mampu menembus pasar dunia.Nanoteknologi
atau teknologi rekayasa zat berskala nanometer atau sepermiliar meter masa
pengembangannya belumlah tergolong lama. Konsepnya pertama kali diperkenalkan
pada akhir 1959 oleh Richard Feynman, ahli fisika Amerika Serikat yang kemudian
meraih Nobel Fisika pada 1965.Namun, teknologi nano ternyata sudah diteliti
lebih dulu oleh Profesor Norio Taniguchi dari Tokyo Science University. Pada
1940, ia mulai mempelajari mekanisme pembuatan nanomaterial dari kristal
kuarts, silikon, dan keramik alumina dengan menggunakan mesin ultrasonik.
Miniaturisasi material
hingga orde molekuler itu dilakukan, antara lain, dipicu oleh tuntutan
pengecilan ukuran perangkat elektronik dan komputer. Dengan adanya partikel
nano itu, rangkaian terpadu atau IC berukuran 1 sentimeter persegi, misalnya,
dapat dijejali miliaran transistor sehingga rangkaian tersebut berkapasitas
terabyte, bukan lagi gigabyte.Potensi penerapan nanoteknologi sesungguhnya
lebih besar, tidak sebatas untuk membuat nanomaterial bagi peranti
mikroelektronik, tetapi juga bagi industri lain. Penerapan material nano bukan
hanya pada barang teknik, melainkan juga pada produk makanan, obat-obatan, dan
kosmetik.
Penerapan teknologi
nano pada berbagai bidang akan mengubah kehidupan masyarakat modern. Dengan
membuat partikel berskala nanometer, kemudian menyusupkannya di antara partikel
berukuran mikron, akan dihasilkan jenis material baru bersifat super, antara
lain tingkat kekerasan, pengantaran listrik, dan sifat magnetnya. Dengan
kelebihan itu akan dihasilkan produk berkualitas, yaitu tidak mudah aus, hemat
energi karena tahan panas, dan tidak memerlukan pendinginan. Dengan demikian,
akan menghemat biaya operasional dan pemeliharaan serta ramah lingkungan.
Memadukan material nano
titan nitril pada komposit keramik akan menghasilkan material baru yang
kekerasannya melebihi intan. Apabila material nano digunakan pada cat, akan
berefek antigores, antiluntur, dan memantulkan panas. Cat berpartikel nano akan
membuat rumah atau kendaraan tetap sejuk meski terpapar sinar matahari.
Inovasi di Indonesia.
Dalam menciptakan
inovasi di bidang nanoteknologi, peneliti Indonesia tidak kalah dengan peneliti
asing. Beberapa karya inovasi teknologi nano di Indonesia dipamerkan dalam
R&D Ritech Expo 2010. Pameran yang berakhir Minggu (22/8) itu menampilkan
sekitar 28 produk inovasi teknologi nano karya anak bangsa.Badan Pengkajian dan
Penerapan Teknologi (BPPT), misalnya, menampilkan plastik pengemas dan komponen
elektrolit padat pada fuel cell yang dibuat dari komposit nano berbahan
polimer. Bahan pengemas ini kedap air dan udara, sedangkan pada elektrolit
pengantaran panas dan listriknya jauh lebih baik.Sementara itu, peneliti di
Balai Besar Bahan dan Barang Teknik Kementerian Perindustrian (B4T Kemperin)
berhasil membuat cat dari precipitated calcium carbonate (PCC) berskala nano.
Penggunaan cat PCC membuat konstruksi bawah laut tahan gores, tahan kabut
garam, dan sangat kedap air.Sedangkan nanosilika yang dibuat Nurul Taufiqu
Rochman dari Pusat Penelitian Fisika Terapan Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia
(LIPI), ketika dicampur semen dapat menghasilkan beton yang berkekuatan dua
kali kekuatan beton biasa.Aplikasi nanomaterial juga dilakukan Andrea Marisi
Dame Siahaan dari B4T Kemperin. Ia membuat lapisan penyebar (difuser) cahaya
untuk lampu LED dari paduan senyawa nano BCNO (Boron Carbon Nitrogen Oxigen).
Dengan pelapis nano ini, tingkat pencahayaan lampu LED berdaya 6 watt bisa
menyamai lampu pijar 60 watt.Nanomagnet juga tengah dirancang untuk sistem
pembangkit listrik tenaga mikrohidro berkapasitas 5 kilowatt. Kepala Balai
Besar Logam dan Mesin (BBLM) Kemperin Muhammad Firman memperkirakan, dalam dua
tahun, nanomagnet sudah dapat diterapkan pada sistem tersebut. Nanomagnet akan
memperkecil setengah diameter turbin, tetapi berkapasitas sama.Sementara itu,
material nano sudah berhasil disusupkan pada produk komersial yang dihasilkan
industri nasional, antara lain pada layar kristal TV, sensor, tekstil,
kosmetik, obat, dan makanan. Pada kosmetik, ada pelembab berbahan nanosel.
Unsur nano ini dapat menutup keriput lebih baik dan mencerahkan wajah.
Mesin penggiling
Untuk menghasilkan
semua material dan komponen berskala nano itu, kuncinya adalah pada mesin
penggiling material. Mesin pembuat partikel nano, antara lain, dibuat peneliti
di BBLM Kemperin dan Pusat Penelitian Fisika Terapan LIPI.Mesin pembuat
material nano karya Nurul Taufiqu Rochman dari LIPI kemudian mendorong
berdirinya PT Nanotech Indonesia untuk memproduksi karya inovasi ini. Mesin ini
hanya menggunakan daya sekitar 12 persen dari mesin sejenis. Mesin yang disebut
high energy milling (HEM) itu dipesan Universitas Kebangsaan Malaysia untuk
keperluan riset dan pengembangan lebih lanjut.”Dengan mesin ini, Indonesia
berpeluang menjadi pemasok material nano di pasar global karena memiliki bahan
baku tambang yang melimpah,” ujar Nurul yang juga Ketua Umum Masyarakat Nano
Indonesia. Inovasi ini juga memberikan keuntungan besar.Menghaluskan pasir besi
menjadi partikel nano, misalnya, dapat meningkatkan nilai tambahnya 4.000 kali.
Tingginya kebutuhan mineral pasir besi ukuran nano karena beragam manfaatnya,
yaitu sebagai beton berkekuatan tinggi, bahan sensor, membran, dan toner
printer.
Kurang diminati
Saat ini inovasi
nanoteknologi mulai banyak digunakan industri di Indonesia. Berdasarkan survei
yang dilakukan Masyarakat Nano Indonesia, dari 40 industri yang bergerak di
bidang tekstil, keramik, elektronik, dan kimia, ada sekitar 38 persen yang
telah memanfaatkan material dan mesin berteknologi nano. Namun, sayangnya
sekitar 90 persen merupakan produk impor.Menteri Riset dan Teknologi Suharna
Surapranata menyayangkan kenyataan itu. Padahal, peneliti Indonesia telah
menghasilkan beragam karya inovasi nanoteknologi. Untuk mengatasi hal ini,
Kemenristek akan meningkatkan sinergi dan intermediasi dengan pihak terkait
agar terjadi difusi nanoteknologi di industri.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar