PENGANTAR QUANTUM COMPUTATION
PENDAHULUAN
Quantum
Computation sendiri adalah bidang studi yang difokuskan pada
teknologi komputer berkembang berdasarkan prinsip-prinsip teori kuantum, yang
menjelaskan sifat dan perilaku energi dan materi pada kuantum (atom dan
subatom) tingkat.
Ada juga Quantum Computer. Lalu apa bedanya dengan Quantum
Computer?
Quantum
Computer adalah alat untuk perhitungan yang menggunakan sebuah
fenomena mekanika kuantum, seperti superposisi dan keterkaitan, untuk melakukan
operasi pada data. Cara kerja quantum computer sendiri berbeda dengann komputer
biasanya. Dalam komputasi klasik, jumlah data dihitung
dengan bit dalam komputer kuantum hal ini dilakukan dengan qubit
(quantum bit) yang berarti jika di komputer biasa hanya mengenal 0 atau 1,
dengan qubit sebuah komputer quantum dapat mengenal keduanya secara bersamaan
dan itu membuat kerja dari komputer quantum itu lebih cepat dari pada komputer
biasa.
Quantum Computer dapat
jauh lebih cepat dari komputer konvensional pada banyak masalah, salah satunya
yaitu masalah yang memiliki sifat berikut:
1.
Satu-satunya
cara adalah menebak dan mengecek jawabannya berkali-kali
2.
Terdapat
n jumlah jawaban yang mungkin
3.
Setiap
kemungkinan jawaban membutuhkan waktu yang sama untuk mengeceknya
4.
Tidak
ada petunjuk jawaban mana yang kemungkinan benarnya lebih besar: memberi
jawaban dengan asal tidak berbeda dengan mengeceknya dengan urutan tertentu.
Contoh dari masalah
itu misalnya password cracker yang mencoba menebak password dari file
terenkripsi (dengan asumsi passwordnya memiliki panjang maksimal). Untuk
masalah seperti di atas, waktu yang dibutuhkan oleh komputer quantum untuk
menyelesaikannya proporsional dengan akar dari n. Hal ini dapat membuat waktu
yang dibutuhkan dari tahunan menjadi hitungan menit.
ENTANGLEMENT
Entanglement adalah efek mekanik kuantum yang mengaburkan
jarak antara partikel individual sehingga sulit menggambarkan partikel tersebut
terpisah meski Anda berusaha memindahkan mereka. Contoh dari quantum
entanglement: kaitan antara penentuan jam sholat dan quantum entanglement.
Mohon maaf bagi yang beragama lain saya hanya bermaksud memberi contoh saja.
Mengapa jam sholat dibuat seragam? Karena dengan demikian secara massal banyak
manusia di beberapa wilayah secara serentak masuk ke zona entanglement
bersamaan.
Pengertian Lain
Quantum entanglement adalah bagian dari fenomena quantum
mechanical yang menyatakan bahwa dua atau lebih objek dapat digambarkan
mempunyai hubungan dengan objek lainnya walaupun objek tersebut berdiri sendiri
dan terpisah dengan objek lainnya. Quantum entanglement merupakan salah satu
konsep yang membuat Einstein mengkritisi teori Quantum mechanical. Einstein
menunjukkan kelemahan teori Quantum Mechanical yang menggunakan entanglement
merupakan sesuatu yang “spooky action at a distance” karena Einstein tidak
mempercayai bahwa Quantum particles dapat mempengaruhi partikel lainnya
melebihi kecepatan cahaya. Namun, beberapa tahun kemudian, ilmuwan John Bell
membuktikan bahwa “spooky action at a distance” dapat dibuktikan bahwa
entanglement dapat terjadi pada partikel-partikel yang sangat kecil.
Penggunaan quantum entanglement saat ini diimplementasikan
dalam berbagai bidang salah satunya adalah pengiriman pesan-pesan rahasia yang
sulit untuk di-enkripsi dan pembuatan komputer yang mempunyai performa yang
sangat cepat.
PENGOPERASIAN
DATA QUBIT
Proses komputasi dilakukan pada
partikel ukuran 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
GATES
Gate sendiri
dalam bahasa Indonesia adalah Gerbang.jadi Quantum Gates adalah sebuah gerbang
kuantum yang dimana berfungsi mengoperasikan bit yang terdiri dari 0 dan 1
menjadi qubits. dengan demikian Quantum gates mempercepat banyaknya perhitungan
bit pada waktu bersamaan.
Gerbang
kuantum biasanya direpresentasikan sebagai matriks. Sebuah gerbang yang bekerja
pada k qubit diwakili oleh 2 x 2 k k matriks kesatuan. Jumlah qubit dalam input
dan output dari gerbang harus sama. Tindakan dari gerbang kuantum ditemukan
dengan mengalikan matriks mewakili gerbang dengan vektor yang mewakili keadaan
kuantum. Tidak seperti banyak gerbang logika klasik, gerbang logika kuantum
yang reversibel (model komputasi dimana proses komputasi sampai batas tertentu
adalah reversibel, yaitu waktu-dibalik).
Pada saat
ini, model sirkuit komputer adalah abstraksi paling berguna dari proses
komputasi dan secara luas digunakan dalam industri komputer desain dan
konstruksi hardware komputasi praktis. Dalam model sirkuit, ilmuwan komputer
menganggap perhitungan apapun setara dengan aksi dari sirkuit yang dibangun
dari beberapa jenis gerbang logika Boolean bekerja pada beberapa biner (yaitu,
bit string) masukan. Setiap gerbang logika mengubah bit masukan ke dalam satu
atau lebih bit keluaran dalam beberapa mode deterministik menurut definisi dari
gerbang. dengan menyusun gerbang dalam grafik sedemikian rupa sehingga output
dari gerbang awal akan menjadi input gerbang kemudian, ilmuwan komputer dapat
membuktikan bahwa setiap perhitungan layak dapat dilakukan. Quantum Logic
Gates, Prosedur berikut menunjukkan bagaimana cara untuk membuat sirkuit
reversibel yang mensimulasikan dan sirkuit ireversibel sementara untuk membuat
penghematan yang besar dalam jumlah ancillae yang digunakan.
– Pertama mensimulasikan gerbang di babak pertama
tingkat.
– Jauhkan hasil gerbang di tingkat d / 2 secara
terpisah.
– Bersihkan bit ancillae.
– Gunakan mereka untuk mensimulasikan gerbang di babak
kedua tingkat.
– Setelah menghitung output, membersihkan bit ancillae.
– Bersihkan hasil tingkat d / 2.
Sekarang kita
telah melihat gerbang reversibel ireversibel klasik dan klasik, memiliki
konteks yang lebih baik untuk menghargai fungsi dari gerbang kuantum. Sama
seperti setiap perhitungan klasik dapat dipecah menjadi urutan klasik gerbang
logika yang bertindak hanya pada bit klasik pada satu waktu, sehingga juga bisa
setiap kuantum perhitungan dapat dipecah menjadi urutan gerbang logika kuantum
yang bekerja pada hanya beberapa qubit pada suatu waktu. Perbedaan utama adalah
bahwa gerbang logika klasik memanipulasi nilai bit klasik, 0 atau 1, gerbang
kuantum dapat sewenang-wenang memanipulasi nilai kuantum multi-partite termasuk
superposisi dari komputasi dasar yang juga dilibatkan. Jadi gerbang logika
kuantum perhitungannya jauh lebih bervariasi daripada gerbang logika
perhitungan klasik.
ALGORITMA SHOR
Salah satu
algoritma yang digunakan dalam quantum computing yaitu Algoritma shor.
Algoritma shor itu sebuah teori algoritma yang mewakili sistem keamanan
komputer dalam komputer quantum, dapat merancang dan memecahkan kode rahasia
atau untuk mengamankan pengiriman data dari serangan yang tidak punya hak
akses.
Algoritma
yang ditemukan oleh matematikawan Peter Shor pada tahun 1995 ini adalah
algoritma kuantum yang berjalan pada komputer kuantum untuk memecahkan
permasalahan kode rahasia yang saat ini secara umum digunakan untuk mengamankan
pengiriman data. Kode ini disebut kode RSA. Jika disandikan melalui kode RSA,
data yang dikirimkan akan aman karena kode RSA tidak dapat dipecahkan dalam
waktu yang singkat. Selain itu juga pemecahan kode RSA membutuhkan kerja dari
ribuan komputer secara paralel, jadi kerja pemecahan tersebut tidaklah efektif.
Efisiensi
algoritma Shor adalah karena efisiensi kuantum Transformasi Fourier , dan
modular eksponensial. Jika sebuah komputer kuantum dengan jumlah yang memadai
qubit dapat beroperasi tanpa mengalah kebisingan dan fenomena interferensi
kuantum lainnya, algoritma Shor dapat digunakan untuk memecahkan kriptografi
kunci publik skema seperti banyak digunakan skema RSA. Algoritma Shor terdiri
dari dua bagian:
1. Penurunan yang bisa dilakukan
pada komputer klasik, dari masalah anjak untuk masalah ketertiban-temuan.
2. Sebuah algoritma kuantum
untuk memecahkan masalah order-temuan.
Hambatan runtime dari algoritma Shor
adalah kuantum eksponensial modular yang jauh lebih lambat dibandingkan dengan
kuantum Transformasi Fourier dan pre-/post-processing klasik. Ada beberapa
pendekatan untuk membangun dan mengoptimalkan sirkuit untuk eksponensial
modular. Yang paling sederhana dan saat ini yaitu pendekatan paling praktis
adalah dengan menggunakan meniru sirkuit aritmatika konvensional dengan gerbang
reversibel , dimulai dengan penambah ripple-carry. Sirkuit Reversible biasanya
menggunakan nilai pada urutan n ^ 3, gerbang untuk n qubit. Teknik alternatif
asimtotik meningkatkan jumlah gerbang dengan menggunakan kuantum transformasi
Fourier , tetapi tidak kompetitif dengan kurang dari 600 qubit karena konstanta
tinggi.
Sumber ;
http://chachados.blogspot.co.id/2013/05/komputasi-kuantum.html
http://djuneardy.blogspot.co.id/2015/04/quantum-computing-entanglement.html
http://3nurdianto.blogspot.com/2015/06/artikel-pengantar-quantum-computation.html
http://adlydzilikram.blogspot.co.id/2015/07/?m=1
http://jenysukma.blogspot.co.id/2016/04/algoritma-shor.html
https://risanputtra.wordpress.com/2016/04/26/774/
http://anitamarlisadewi.blogspot.co.id/2017/06/?m=1
