Penggunaan Teknologi Kuantum untuk Pertanian

Ketahanan pangan masih menjadi perhatian di abad kedua puluh satu. Tanaman yang lebih kuat dan metode penanaman terus dicoba dan dikembangkan.

Teknologi telah membuat dampak besar dalam meningkatkan keuntungan pertanian dan pengurangan biaya overhead. Genetika yang lebih baik sedang dikembangkan melalui pemuliaan selektif untuk meningkatkan kualitas dan kelimpahan tanaman. Dampak kesuburan dapat ditingkatkan dengan peralatan, pupuk, dan teknik pengelolaan tanah yang lebih baik. Kontaminasi gulma dan serangga dapat dicegah dari gangguan produktivitas dengan solusi perlindungan tanaman dengan bahan kimia yang lebih canggih.

Sementara analitik data untuk meningkatkan solusi pertanian yang efisien mendapat manfaat dari AI, kerumitan sistem simulasi yang melibatkan beberapa variabel yang berinteraksi merupakan tantangan. Teknologi digital saat ini tidak memiliki kapasitas perhitungan untuk melakukan perhitungan yang rumit.

Teknologi berkemampuan kuantum menawarkan paradigma komputasi yang sangat berbeda dari komputer tradisional. Jenis perhitungan yang dapat dilakukan pada perangkat kuantum pada dasarnya berbeda. Mereka bekerja sangat baik untuk penyelidikan sistem yang sangat kompleks dengan banyak variabel yang saling bergantung.

Dalam prosesor komputer tradisional, perhitungan dibuat menggunakan gerbang logika elektronik terkenal yang diwakili oleh nol dan satu. Richard Feynman, fisikawan pemenang Hadiah Nobel, menyarankan tiga puluh tahun yang lalu bahwa untuk mempelajari sistem kuantum dengan benar, komputer kuantum akan ideal. Ide Feynman terus dipelajari sejak saat itu. Kemajuan dalam peralatan ilmiah seperti laser dan teknologi vakum ultra-tinggi telah mempercepat pertumbuhan komputasi kuantum dan teknologi kuantum berdampak lainnya dalam dekade terakhir.

Perilaku dan karakteristik sistem kuantum ditentukan oleh mekanika kuantum. Misalnya, tingkat energi atom terkuantisasi. Keadaan kuantum atom atau molekul ini dapat berupa tingkat elektronik, magnetik, atau getaran. Koherensi kuantum adalah sifat lain dari mekanika kuantum. Ini menjelaskan bagaimana keadaan kuantum dapat mempertahankan superposisi seperti gelombang sepanjang waktu sambil menahan gangguan dari dunia luar. Karakteristik mekanika kuantum lain yang menggambarkan objek kuantum adalah keterikatan kuantum. Ketika dua atau lebih partikel terjerat, mereka memperoleh sifat kuantum identik terlepas dari jarak mereka satu sama lain.

Komputasi Kuantum

Tidak seperti MacBook atau PC desktop, yang membagi informasi menjadi nilai bit biner 1 dan 0, prosesor komputasi kuantum akan memeriksa informasi dengan cara yang berbeda. Representasi kuantum dari bit disebut “qubit”, yang berada dalam status superposisi antara 0 dan 1 selama pemrosesan dan dapat memengaruhi status qubit lain melalui keterikatan meskipun secara fisik terpisah satu sama lain.

Untuk memahami keunggulan kuantum dalam pemrosesan, ada 8 juta susunan berbeda yang dapat dibayangkan dari 23 pasangan kromosom pada manusia, dan kromosom ini dapat menampung ribuan gen. Ada lebih dari 70 triliun kombinasi alel potensial hanya untuk salah satu gen tersebut. Diperkirakan 30.000 gen dalam genom kita melakukan segala upaya untuk menghitung jumlah kombinasi yang tidak mungkin dilakukan pada komputer konvensional. Komputer kuantum dapat melakukan tugas seperti itu dalam hitungan menit.

Dengan kekuatan komputasi seperti itu, pertanian dapat ditingkatkan secara signifikan. Sebagai contoh, dalam hal tanaman, persilangan menjanjikan untuk menawarkan varietas dan hasil panen yang lebih baik. Tetapi untuk melihat apakah variasi baru menunjukkan peningkatan hasil dan ketahanan kekeringan, kombinasi gen harus diuji coba dan kinerjanya dipantau untuk menghasilkan sampel yang signifikan secara statistik. Meski begitu, penilaian seperti apakah kinerjanya mungkin bukan karena genetika yang lebih kuat melainkan karena posisi yang lebih menguntungkan di lapangan juga harus diperhitungkan. Seluruh prosedur bisa memakan waktu hingga lima hingga tujuh tahun.

Melewati perkawinan silang dan secara langsung mengidentifikasi gen yang bertanggung jawab atas fitur-fitur penting sekarang dimungkinkan berkat komputasi kuantum. Kemudian, varietas baru dengan ciri-ciri yang diperlukan dapat dibuat dengan menggunakan teknik penyuntingan genetik yang ampuh. Ini dapat dilacak dengan cepat ke tahap uji coba. Semua ini dapat dicapai lebih cepat pada mesin kuantum.

Penginderaan Kuantum

Ketika sistem kuantum digunakan untuk mendeteksi perubahan kecil dalam kuantitas fisik, penginderaan kuantum dibuat. Salah satu karakteristik kuantum yang disebutkan di atas dapat digunakan untuk deteksi. Koherensi kuantum, keterikatan kuantum, atau keadaan kuantum semuanya dapat digunakan untuk memantau perubahan kuantitas fisik secara tepat.

Jenis platform teknologi kuantum yang dibutuhkan akan bergantung pada parameter fisik yang ditanggapi oleh sensor kuantum. Misalnya, ion yang terperangkap akan menjadi probe yang sangat baik untuk mendeteksi medan listrik karena merupakan partikel bermuatan. Sensor kuantum berbasis atom netral dapat mengukur gravitasi dengan sangat akurat di lokasi tertentu.

Gravimetri memanfaatkan atom yang didinginkan laser dan jatuh bebas di dalam tabung vakum. Interferometri atom digunakan untuk menghitung percepatan menggunakan sifat gelombang materi dari partikel kuantum. Melalui deteksi perubahan kecil dalam gravitasi, penginderaan dan pengukuran kuantum akan memungkinkan pemetaan fitur bawah permukaan yang tidak berwujud, seperti berbagai jenis tanah dan sumber daya air. Pengetahuan tentang struktur tanah interior dan sekitarnya serta susunan kimiawi sangat berharga untuk menggunakan sumber daya pertanian secara efisien.

Sementara teknologi kuantum masih bertunas pada tahap awal pertumbuhannya, ia memiliki potensi untuk meningkatkan produktivitas dan efisiensi pertanian. Menurut beberapa ahli, mesin hibrida yang memadukan pemrosesan konvensional dan kuantum akan tersedia dalam dekade mendatang, yang sangat meningkatkan kemampuan pertanian. Masa depan kuantum berjanji untuk membantu petani mencapai peningkatan produksi yang mereka butuhkan untuk memenangkan perjuangan demi ketahanan pangan.

Sumber: AzoQuantum

Bacaan TIngkat Lanjut:

Byrum, J. (15 June 2021) Quantum computing’s answer to the global food security problem. [Online] agfundernews.com. Available at: https://agfundernews.com/quantum-computing-answer-to-the-global-food-security-problem

Swayne, M. (28 December 2022) Quantum Fields: Iowa Congressman Pushes For Quantum Tech in Agriculture. [Online] thequantuminsider.com. Available at: https://thequantuminsider.com/2022/12/28/quantum-fields-iowa-congressman-pushes-for-quantum-tech-in-agriculture/

Wright, J; Kieft, H. and von Diest, S. (2017) Quantum-Based Agriculture: the Final Frontier. Innovative Research for Organic 3.0 – Volume 1: Proceedings of the Scientific Track at the Organic World Congress 2017, November 9-11 in Delhi India ISBN: 978-3-86576-177-4 DOI: 10.3220/REP1510907717000