KOMPUTER KUANTUM
Komputer
kuantum adalah alat hitung yang menggunakan sebuah fenomena mekanika kuantum,
misalnya superposisi dan keterkaitan, untuk melakukan operasi data. Dalam
komputasi klasik, jumlah data dihitung dengan bit; dalam komputer kuantum, hal
ini dilakukan dengan qubit. Prinsip dasar komputer kuantum adalah bahwa sifat
kuantum dari partikel dapat digunakan untuk mewakili data dan struktur data,
dan bahwa mekanika kuantum dapat digunakan untuk melakukan operasi dengan data
ini. Dalam hal ini untuk mengembangkan komputer dengan sistem kuantum
diperlukan suatu logika baru yang sesuai dengan prinsip kuantum.
Ide
mengenai komputer kuantum ini berasal dari beberapa fisikawan antara lain
Charles H. Bennett dari IBM, Paul A. Benioff dari Argonne National Laboratory,
Illinois, David Deutsch dari University of Oxford, dan Richard P. Feynman dari
California Institute of Technology (Caltech).
Pada
awalnya Feynman mengemukakan idenya mengenai sistem kuantum yang juga dapat
melakukan proses penghitungan. Fenyman juga mengemukakan bahwa sistem ini bisa
menjadi simulator bagi percobaan fisika kuantum.
Selanjutnya
para ilmuwan mulai melakukan riset mengenai sistem kuantum tersebut, mereka
juga berusaha untuk menemukan logika yang sesuai dengan sistem tersebut. Sampai
saat ini telah dikemukaan dua algoritma baru yang bisa digunakan dalam sistem
kuantum yaitu algoritma shor dan algoritma grover.
Walaupun
komputer kuantum masih dalam pengembangan, telah dilakukan eksperimen dimana
operasi komputasi kuantum dilakukan atas sejumlah kecil Qubit. Riset baik
secara teoretis maupun praktik terus berlanjut dalam laju yang cepat, dan
banyak pemerintah nasional dan agensi pendanaan militer mendukung riset
komputer kuantum untuk pengembangannya baik untuk keperluan rakyat maupun
masalah keamanan nasional seperti kriptoanalisis.
Telah
dipercaya dengan sangat luas, bahwa apabila komputer kuantum dalam skala besar dapat
dibuat, maka komputer tersebut dapat menyelesaikan sejumlah masalah lebih cepat
daripada komputer biasa. Komputer kuantum berbeda dengan komputer DNA dan
komputer klasik berbasis transistor, walaupun mungkin komputer jenis tersebut
menggunakan prinsip kuantum mekanik. Sejumlah arsitektur komputasi seperti
komputer optik walaupun menggunakan superposisi klasik dari gelombang
elektromagnetik, namun tanpa sejumlah sumber kuantum mekanik yang spesifik
seperti keterkaitan, maka tak dapat berpotensi memiliki kecepatan komputasi
sebagaimana yang dimiliki oleh komputer kuantum.
ENTANGLEMENT
Entanglement
adalah keadaan dimana terdapat hubungan antara dua atom yang berbeda sehingga
satu atom mewarisi sifat atom pasangannya. Menurut Andrew Berkley, Entanglement
adalah esensi komputasi kuantum karena ini adalah jalinan kualitas yang
berhubungan dengan lebih banyak informasi dalam bit kuantum dibanding dengan
bit komputing klasik.
Para
ahli fisika dari University of Maryland telah satu langkah lebih dekat ke
komputer kuantum dengan mendemonstrasikan eksistensi entanglement antara dua
gurdi kuantum, masing-masing diciptakan dengan tipe sirkuit padat yang dikenal
sebagai persimpangan Josephson. Temuan terbaru ini mendekatkan jalan menuju
komputer kuantum dan mengindikasikan bahwa persimpangan Josephson pada akhirnya
dapat digunakan untuk membangun komputer supercanggih.
Pengoperasian
Data Qubit
Proses
komputasi dilakukan pada partikel berukuran nano yang memiliki sifat mekanika quantum, maka satuan unit
informasi pada Komputer Quantum disebut quantum bit, atau qubit. Berbeda dengan
bit biasa, nilai sebuah qubit bisa 0, 1, atau superposisi dari keduanya. State dimana qubit diukur adalah
sebagai vektor atau bilangan kompleks. Sesuai tradisi dengan quantum states lain, digunakan notasi
bra-ket untuk merepresentasikannya.
Pure qubit state adalah
superposisi liner dari kedua state tersebut. Lebih jelasnya, sebuah pure qubit state dapat
direpresentasikan oleh kombinasi linear dari state|0> dan state |1>
: Dengan α dan β adalah amplitudo probabilitas
yan dapat berupa angka kompleks. State
space dari sebuah qubit secara geometri dapat direpresentasikan
Bloch sphere
Bloch
sphere adalah ruang 2 dimensi yang merupakan geometri untuk permukaan bola.
Dibandingkan bit konvensional yang hanya dapat beradai di salah satu kutub,
Qubit dapat berada dimana saja dalam permukaan bola. Untuk penerapan fisiknya,
semua sistem 2 level, selama ukurannya cukup kecil untuk hukum mekanika quantum
berlaku. Berbagai jenis implementasi fisik telah dikemukakan, contohnya antara
lain: polarisasi cahaya, spin elektron, muatan listrik, dll.
Superposisi
quantum adalah inti perbedaan antara qubit dengan bit biasa. Dalam keadaan
superposisi, sebuah qubit akan bernilai |0> dan |1> pada saat bersamaan.
Menurut interpretasi Copenhagen, bila dilakukan pengukuran terhadap qubit, maka
hanya akan muncul satu state saja. State lainnya “kolaps” dalam arti hancur dan
tidak mungkin diambil kembali.
Pemanfaatan
sifat superposisi qubit ini adalah Paralellisme Quantum. Paralelisme Quantum
muncul dari kemampuan quantum register untuk menyimpan superposisi dari base state. Maka setiap operasi
pada register berjalan pada semua kemungkinan dari superposisi secara simultan.
Karena jumlah state yang
mungkin adalah 2n, dengn n adalah jumlah qubit pada quantum register, kita
dapat melakukan pada komputer quantum satu kali operasi yang membutuh kan waktu
eksponensial pada komputer konvensional. Kelemahan dari metode ini adalah,
semakin besar base state yang bersuperposisi, semakin kecil kemungkinan hasil
pengukuran dari nilai hasil pengukuran tersebut benar. Kelemahan ini membuat
pararellisme quantum tidak berguna bila operasi dilakukan pada nilai yang
spesifik. Namun kelemahan ini tidak begitu berpengaruh pada fungsi yang
memperhitungkan nilai dari semua input, bukan hanya satu. Sebagaimana
ditunjukkan pada Algoritma Shor.
QUANTUM
GATE
Gerbang
kuantum adalah rangkaian dasar kuantum yang beroperasi di sejumlah kecil
qubits. Mereka adalah blok bangunan dari kuantum sirkuit, seperti gerbang logik
klasik sirkuit digital konvensional.
Tidak
seperti logika klasik pintu gerbang pada umumnya, logika kuantum bersifat
reversibel. Namun, komputasi klasik hanya dapat dilakukan dengan menggunakan
gerbang reversibel. Sebagai contoh, gerbang Toffoli reversibel dapat
melaksanakan semua fungsi Boolean. Gerbang ini memiliki penyetaraan kuantum
secara langsung, menampilkan bahwa sirkuit kuantum dapat melakukan semua
operasi yang dilakukan oleh sirkuit klasik.
Gerbang
logik kuantum yang diwakili oleh kesatuan matriks. Gerbang kuantum yang paling
umum beroperasi pada ruang dari satu atau dua qubits, seperti Gerbang logika klasik
umum beroperasi pada satu atau dua bit. Ini berarti bahwa sebagai matriks,
gerbang kuantum dapat dijelaskan oleh 2 × 2 atau 4 × 4 kesatuan matriks.
ALGORITMA SHOR
Algoritma
Shor merupakan sebuah metode yang dikembangkan tahun 1994 oleh ilmuwan
AT&T Peter Shor untuk menggunakan komputer kuantum yang futuristis
untuk menemukan faktor-faktor dari sebuah bilangan. Bilangan-bilangan yang
diperkalikan satu dengan yang lain untuk memperoleh
bilangan asli. Saat ini, pemfaktoran (factoring) sebuah bilangan
besar masih terlalu sulit bagi komputer konvensional meskipun begitu mudah
untuk diverifikasi. Itulah sebabnya pemfaktoran bilangan besar ini banyak
digunakan dalam metode kriptografi untuk melindungi data.
Algoritma
Shor memecahkan masalah logaritma diskrit dan masalah faktorisasi integer dalam
waktu polinomial, sedangkan algoritma klasik paling terkenal meluangkan waktu
super-polinomial. Hal ini juga salah satu algoritma kuantum beberapa yang
memecahkan masalah non-black-box dalam waktu polinomial dimana algoritma klasik
paling terkenal berjalan dalam waktu super-polinomial.
Sumber :
0 komentar:
Posting Komentar