Saintis Britain Michael Kosterlitz, David Thouless dan Duncan Haldane menerima Hadiah Nobel dalam Fizik "untuk penemuan teoritis mengenai peralihan fasa topologi dan fasa topologi jirim." Kata-kata "penemuan teoritis" menimbulkan keraguan bahawa karya mereka akan mempunyai aplikasi praktikal atau dapat mempengaruhi kehidupan kita di masa depan. Tetapi semuanya mungkin menjadi sebaliknya.
Untuk memahami potensi penemuan ini, sangat berguna untuk memperoleh pemahaman mengenai teori tersebut. Sebilangan besar orang tahu bahawa terdapat inti di dalam atom, dan elektron berputar di sekelilingnya. Ini sesuai dengan tahap tenaga yang berbeza. Apabila atom berkumpul dan membuat sejenis bahan, semua tahap tenaga setiap atom bergabung untuk mewujudkan zon elektron. Setiap jalur elektron tenaga yang disebut mempunyai ruang untuk sejumlah elektron. Di antara setiap zon terdapat jurang di mana elektron tidak dapat bergerak.
Sekiranya cas elektrik (aliran elektron tambahan) dikenakan pada bahan, kekonduksiannya ditentukan oleh sama ada zon elektron dengan tenaga paling banyak mempunyai ruang untuk elektron baru. Sekiranya demikian, bahan tersebut akan bertindak sebagai konduktor. Sekiranya tidak, tenaga tambahan diperlukan untuk mendorong aliran elektron ke zon kosong yang baru. Akibatnya, bahan ini akan berkelakuan seperti penebat. Kekonduksian sangat penting untuk elektronik kerana komponen seperti konduktor, semikonduktor, dan dielektrik adalah teras produknya.
Ramalan Kosterlitz, Thouless, dan Haldane pada tahun 1970-an dan 1980-an adalah bahawa beberapa bahan tidak mematuhi peraturan ini. Sebilangan ahli teori lain juga menyokong pandangan mereka. Mereka mencadangkan bahawa bukannya jurang antara zon elektron, di mana mereka tidak boleh berada, ada tahap tenaga khas di mana perkara yang berbeza dan sangat tidak dijangka dapat dilakukan.
Harta ini hanya ada di permukaan dan di tepi bahan-bahan tersebut dan sangat kuat. Untuk tahap tertentu, ia juga bergantung pada bentuk bahan. Dalam fizik, ini disebut topologi. Dalam bahan dalam bentuk sfera atau, misalnya, telur, sifat atau ciri ini sama, tetapi dalam donat mereka berbeza kerana lubang di tengahnya. Pengukuran pertama ciri-ciri tersebut dibuat oleh arus sepanjang batas lembaran rata.
Sifat bahan topologi seperti itu sangat berguna. Contohnya, arus elektrik dapat mengalir di permukaan mereka tanpa sebarang rintangan, walaupun peranti tersebut sedikit rosak. Superconduktor melakukan ini walaupun tanpa sifat topologi, tetapi mereka hanya boleh berfungsi pada suhu yang sangat rendah. Iaitu, sejumlah besar tenaga hanya dapat digunakan dalam konduktor yang disejukkan. Bahan topologi dapat melakukan perkara yang sama pada suhu yang lebih tinggi.
Ini mempunyai implikasi penting untuk kerja berbantukan komputer. Sebilangan besar tenaga yang digunakan oleh komputer hari ini menggunakan kipas untuk mengurangkan suhu yang disebabkan oleh rintangan dalam litar. Dengan menghilangkan masalah pemanasan ini, komputer dapat dibuat lebih hemat tenaga. Sebagai contoh, ini akan menyebabkan pengurangan pelepasan karbon yang ketara. Di samping itu, bateri dengan jangka hayat yang lebih lama adalah mungkin. Para saintis telah memulakan eksperimen dengan bahan topologi seperti kadmium Telluride dan mercury Telluride untuk mempraktikkan teori ini.
Selain itu, kejayaan besar dalam pengkomputeran kuantum adalah mungkin. Komputer klasik mengekod data sama ada dengan menggunakan voltan ke litar mikro atau tidak. Oleh itu, komputer menafsirkan ini sebagai 0 atau 1 untuk setiap bit maklumat. Dengan menyatukan bit ini, kami membuat data yang lebih kompleks. Ini adalah bagaimana sistem binari berfungsi.
Video promosi:
Berkaitan dengan pengkomputeran kuantum, kami menyampaikan maklumat kepada elektron, bukan ke rangkaian mikro. Tahap tenaga elektron sedemikian sepadan dengan sifar atau nol seperti pada komputer klasik, tetapi dalam mekanik kuantum ini mungkin dilakukan secara serentak. Tanpa terlalu banyak teori, mari kita katakan bahawa ini memberi komputer kemampuan untuk memproses sejumlah besar data secara selari, menjadikannya lebih cepat.
Syarikat-syarikat seperti Google dan IBM sedang melakukan penyelidikan yang berusaha mencari tahu bagaimana menggunakan manipulasi elektron untuk membuat komputer kuantum yang jauh lebih kuat daripada komputer klasik. Tetapi ada satu halangan besar di sepanjang jalan. Komputer sedemikian kurang dilindungi dari "gangguan bunyi" di sekitarnya. Sekiranya komputer klasik dapat mengatasi kebisingan, maka komputer kuantum dapat menghasilkan pelbagai kesalahan kerana kerangka tidak stabil, medan elektrik rawak, atau molekul udara yang memasuki pemproses walaupun disimpan dalam keadaan hampa. Inilah sebab utama mengapa kita belum menggunakan komputer kuantum dalam kehidupan seharian kita.
Salah satu penyelesaian yang mungkin adalah menyimpan maklumat bukan dalam satu, tetapi di beberapa elektron, kerana gangguan biasanya mempengaruhi pemproses kuantum pada tahap zarah individu. Katakan kita mempunyai lima elektron yang secara kolektif menyimpan sedikit maklumat yang sama. Oleh itu, jika disimpan dengan betul di kebanyakan elektron, maka gangguan yang mempengaruhi satu elektron tidak akan merosakkan keseluruhan sistem.
Para saintis bereksperimen dengan apa yang disebut suara majoriti ini, tetapi teknik topologi mungkin menawarkan penyelesaian yang lebih mudah. Sama seperti superkonduktor topologi dapat mengalirkan aliran elektrik dengan cukup baik sehingga rintangan tidak mengganggu, komputer kuantum topologi dapat cukup kuat dan kebal terhadap gangguan. Ini dapat membantu mewujudkan pengkomputeran kuantum menjadi kenyataan. Saintis Amerika secara aktif mengusahakan ini.
Masa Depan
Diperlukan masa 10 hingga 30 tahun untuk para saintis belajar bagaimana memanipulasi elektron dengan cukup baik agar pengkomputeran kuantum menjadi mungkin. Tetapi peluang yang cukup menarik sudah muncul. Sebagai contoh, komputer seperti itu dapat mensimulasikan pembentukan molekul, yang secara kuantitatifnya mencabar bagi komputer tradisional masa kini. Ini berpotensi merevolusikan pengeluaran ubat, kerana kita akan dapat meramalkan apa yang akan terjadi di dalam tubuh semasa proses kimia.
Inilah contoh lain. Komputer kuantum dapat mengubah kecerdasan buatan menjadi kenyataan. Mesin kuantum lebih baik dalam pembelajaran daripada komputer klasik. Ini sebahagiannya disebabkan oleh fakta bahawa algoritma yang lebih pintar dapat diletakkan di dalamnya. Penyelesaian untuk misteri kecerdasan buatan akan menjadi perubahan kualitatif dalam kewujudan manusia - namun, tidak diketahui, lebih baik atau lebih buruk lagi.
Ringkasnya, ramalan Kosterlitz, Thouless, dan Haldane dapat merevolusikan teknologi komputer pada abad ke-21. Sekiranya jawatankuasa Nobel telah menyedari pentingnya kerja mereka hari ini, maka kita pasti akan berterima kasih kepada mereka selama bertahun-tahun yang akan datang.
