PENDAHULUAN
Quantum Computation atau komputer kuantum adalah sebuah alat untuk
perhitungan, dimana perhitungan ini menggunakan langsung fenomena
kuantum mekanik dan perhitungan ini seperti superposisi dan belitan
untuk melakukan operasi pada data. Perbedaan komputer kuantum dengan
komputer klasik adalah pada sebuah komputer klasik memiliki memori
terdiri dari bit, dimana tiap bit mewakili salah satu atau nol.
Sedangkan sebuah komputer kuantum mempertahankan urutan 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.
Feynman dari California Institute of Technology yang pertama kali
mengajukan dan menunjukkan model bahwa sebuah sistem kuantum dapat
digunakan untuk melakukan komputasi. Feynman juga menunjukkan bagaimana
sistem tersebut dapat menjadi simulator bagi fisika kuantum. Pada tahun
1985, Deutsch menyadari esensi dari komputasi oleh sebuah komputer
kuantum dan menunjukkan bahwa semua proses fisika, secara prinsipil,
dapat dimodelkan melalui komputer kuantum. Dengan demikian, komputer
kuantum memiliki kemampuan yang melebihi komputer klasik. Pada tahun
1995, Peter Shor merumuskan sebuah algoritma yang memungkinkan
penggunaan komputer kuantum untuk memecahkan masalah faktorisasi dalam
teori bilangan.
Keunggulan Quantum Computing
Komputer kuantum memanfaatkan sebuah fenomena yang dinamakan super
posisi yaitu dalam mekanika kuantum, suatu partikel bias berada dalam
dua keadaan sekaligus. Komputer kuantum juga menggunakan Qubits yaitu
kemampuan untuk berada di berbagai macam keadaan. Komputer kuantum
memiliki potensi untuk melaksanakan berbagai perhitungan secara simultan
atau lebih rinci sehingga jauh lebih cepat dari komputer digital. Jadi
intinya komputer kuantum lebih baik kemampuannya dan lebih cepat
dibandingkan dengan komputer digital.
Implementasi Quantum Computing
Pada 19 Nov 2013 Lockheed Martin, NASA dan Google semua memiliki satu
misi yang sama yaitu mereka semua membuat komputer kuantum sendiri.
Komputer kuantum ini adalah superkonduktor chip yang dirancang oleh
sistem D – gelombang dan yang dibuat di NASA Jet Propulsion
Laboratories.
NASA dan Google berbagi sebuah komputer kuantum untuk digunakan di
Quantum Artificial Intelligence Lab menggunakan 512 qubit D -Wave Two
yang akan digunakan untuk penelitian pembelajaran mesin yang membantu
dalam menggunakan jaringan syaraf tiruan untuk mencari set data
astronomi planet ekstrasurya dan untuk meningkatkan efisiensi searchs
internet dengan menggunakan AI metaheuristik di search engine
heuristical.
A.I. seperti metaheuristik dapat menyerupai masalah optimisasi global
mirip dengan masalah klasik seperti pedagang keliling, koloni semut atau
optimasi swarm, yang dapat menavigasi melalui database seperti labirin.
Menggunakan partikel terjerat sebagai qubit, algoritma ini bisa
dinavigasi jauh lebih cepat daripada komputer konvensional dan dengan
lebih banyak variabel.
Penggunaan metaheuristik canggih pada fungsi heuristical lebih rendah
dapat melihat simulasi komputer yang dapat memilih sub rutinitas
tertentu pada komputer sendiri untuk memecahkan masalah dengan cara yang
benar-benar cerdas . Dengan cara ini mesin akan jauh lebih mudah
beradaptasi terhadap perubahan data indrawi dan akan mampu berfungsi
dengan jauh lebih otomatisasi daripada yang mungkin dengan komputer
normal.\
Perbandingan Dengan Komputer Konvensional
Quantum Computer dapat memproses jauh lebih cepat daripada komputer konvensional. Pada dasarnya, quantum computer dapat memproses secara paralel, sehingga berkomputasi jauh lebih cepat. Quantum Computer dapat jauh lebih cepat dari komputer konvensional pada banyak masalah, salah satunya yaitu masalah yang memiliki sifat berikut:
Quantum Computer dapat memproses jauh lebih cepat daripada komputer konvensional. Pada dasarnya, quantum computer dapat memproses secara paralel, sehingga berkomputasi jauh lebih cepat. Quantum Computer dapat jauh lebih cepat dari komputer konvensional pada banyak masalah, salah satunya yaitu masalah yang memiliki sifat berikut:
- Satu-satunya cara adalah menebak dan mengecek jawabannya berkali-kali
- Terdapat n jumlah jawaban yang mungkin
- Setiap kemungkinan jawaban membutuhkan waktu yang sama untuk mengeceknya
- Tidak ada petunjuk jawaban mana yang kemungkinan benarnya lebih besar: memberi jawaban dengan asal tidak berbeda dengan mengeceknya dengan urutan tertentu.
ENTANGLEMENT
Quantum entanglement adalah fenomena mekanika kuantum dimana kuantum
menyatakan bahwa dua atau lebih objek harus dideskripsikan dengan
referensi antar objek, meskipun objek-objek tersebut tidaklah berkaitan
secara spasia. Quantum entanglement terjadi ketika partikel seperti
foton, elektron, molekul besar seperti buckyballs, dan bahkan berlian
kecil berinteraksi secara fisik dan kemudian terpisahkan; jenis
interaksi adalah sedemikian rupa sehingga setiap anggota yang dihasilkan
dari pasangan benar dijelaskan oleh kuantum mekanik deskripsi yang sama
(keadaan yang sama), yang terbatas dalam hal faktor penting seperti
posisi, momentum, perputaran, polarisasi,
Secara keseluruhan, superposisi kuantum dan Entanglement menciptakan daya komputasi yang sangat ditingkatkan. Dimana sebuah register 2-bit di komputer biasa dapat menyimpan hanya satu dari empat konfigurasi biner (00, 01, 10, atau 11) pada waktu tertentu, register 2-qubit dalam sebuah komputer kuantum dapat menyimpan semua empat nomor secara bersamaan, karena qubit masing-masing mewakili dua nilai. Jika lebih qubit ditambahkan, kapasitas meningkat diperluas secara eksponensial.
Secara keseluruhan, superposisi kuantum dan Entanglement menciptakan daya komputasi yang sangat ditingkatkan. Dimana sebuah register 2-bit di komputer biasa dapat menyimpan hanya satu dari empat konfigurasi biner (00, 01, 10, atau 11) pada waktu tertentu, register 2-qubit dalam sebuah komputer kuantum dapat menyimpan semua empat nomor secara bersamaan, karena qubit masing-masing mewakili dua nilai. Jika lebih qubit ditambahkan, kapasitas meningkat diperluas secara eksponensial.
PENGOPERASIAN DATA QUBIT
Secara umum komputer kuantum dengan qubit n bisa dalam superposisi
sewenang-wenang hingga 2 n negara bagian yang berbeda secara bersamaan
(ini dibandingkan dengan komputer normal yang hanya dapat di salah satu
negara n 2 pada satu waktu). Komputer kuantum yang beroperasi dengan
memanipulasi qubit dengan urutan tetap gerbang logika quantum. Urutan
gerbang untuk diterapkan disebut algoritma quantum.
Sebuah contoh dari implementasi qubit untuk komputer kuantum bisa mulai dengan menggunakan partikel dengan dua putaran menyatakan: “down” dan “up”. Namun pada kenyataannya sistem yang memiliki suatu diamati dalam jumlah yang akan kekal dalam waktu evolusi dan seperti bahwa A memiliki setidaknya dua diskrit dan cukup spasi berturut-turut eigen. Misalnya saat spin atom mengarah ke atas (up) kita beri lambang 1, sedangkan spin down adalah 0.
Sebuah contoh dari implementasi qubit untuk komputer kuantum bisa mulai dengan menggunakan partikel dengan dua putaran menyatakan: “down” dan “up”. Namun pada kenyataannya sistem yang memiliki suatu diamati dalam jumlah yang akan kekal dalam waktu evolusi dan seperti bahwa A memiliki setidaknya dua diskrit dan cukup spasi berturut-turut eigen. Misalnya saat spin atom mengarah ke atas (up) kita beri lambang 1, sedangkan spin down adalah 0.
QUANTUM GATES
Quantum Gates / Gerbang Quantum merupakan sebuah aturan logika / gerbang
logika yang berlaku pada quantum computing. Prinsip kerja dari quantum
gates hampir sama dengan gerbang logika pada komputer digital. Jika pada
komputer digital terdapat beberapa operasi logika seperti AND, OR, NOT,
pada quantum computing gerbang quantum terdiri dari beberapa bilangan
qubits, sehingga quantum gates lebih susah untuk dihitung daripada
gerang logika pada komputer digital. Berikut kutipan dari wikipedia
mengenai quantum gates :
In quantum computing and specifically the quantum circuit model of computation, a quantum gate (or quantum logic gate) is a basic quantum circuit operating on a small number of qubits. They are the building blocks of quantum circuits, like classical logic gates are for conventional digital circuits.
Unlike many classical logic gates, quantum logic gates are reversible. However, classical computing can be performed using only reversible gates. For example, the reversible Toffoli gate can implement all Boolean functions. This gate has a direct quantum equivalent, showing that quantum circuits can perform all operations performed by classical circuits.
Quantum logic gates are represented by unitary matrices. The most common quantum gates operate on spaces of one or two qubits, just like the common classical logic gates operate on one or two bits. This means that as matrices, quantum gates can be described by 2 × 2 or 4 × 4 unitary matrices.[3]
Dari kutipan diatas, gerbang logika berbeda dengan gerbang quantum, dimana gerbang quantum bersifat reversible.
In quantum computing and specifically the quantum circuit model of computation, a quantum gate (or quantum logic gate) is a basic quantum circuit operating on a small number of qubits. They are the building blocks of quantum circuits, like classical logic gates are for conventional digital circuits.
Unlike many classical logic gates, quantum logic gates are reversible. However, classical computing can be performed using only reversible gates. For example, the reversible Toffoli gate can implement all Boolean functions. This gate has a direct quantum equivalent, showing that quantum circuits can perform all operations performed by classical circuits.
Quantum logic gates are represented by unitary matrices. The most common quantum gates operate on spaces of one or two qubits, just like the common classical logic gates operate on one or two bits. This means that as matrices, quantum gates can be described by 2 × 2 or 4 × 4 unitary matrices.[3]
Dari kutipan diatas, gerbang logika berbeda dengan gerbang quantum, dimana gerbang quantum bersifat reversible.
ALGORITMA SHOR
Algoritma Shor adalah contoh lanjutan paradigma dasar (berapa banyak
waktu komputasi diperlukan untuk menemukan faktor bilangan bulat
n-bit?), tapi algoritma ini tampak terisolir dari kebanyakan temuan lain
ilmu informasi quantum. Sekilas, itu cuma seperti trik pemrograman
cerdik dengan signifikansi fundamental yang kecil. Penampilan tersebut
menipu; para periset telah menunjukkan bahwa algoritma Shor bisa
ditafsirkan sebagai contoh prosedur untuk menetapkan level energi sistem
quantum, sebuah proses yang fundamental. Seiring waktu berjalan dan
kita mengisi lebih banyak pada peta, semestinya kian mudah memahami
prinsip-prinsip yang mendasari algortima Shor dan algoritma quantum
lainnya
Sebagai contoh Algoritma Shor yang paling sederhana adalah menemukan faktor-faktor untuk bilangan 15, di mana membutuhkan sebuah komputer kuantum dengan tujuh qubit. Para ahli kimia mendesain dan menciptakan sebuah molekul yang memiliki tujuh putaran nukleus. Nukleus dari lima atom fluorin dan dua atom karbon yang dapat berinteraksi satu dengan yang lain sebagai qubit, dapat diprogram dengan menggunakan denyut-denyut frekuensi radio dan dapat dideteksi melalui peralatan resonansi magnetis nuklir (nuclear magnetic resonance, atau NMR) yang mirip dengan yang banyak digunakan di rumah-rumah sakit dan laboratorium-laboratorium kimia.
Sebagai contoh Algoritma Shor yang paling sederhana adalah menemukan faktor-faktor untuk bilangan 15, di mana membutuhkan sebuah komputer kuantum dengan tujuh qubit. Para ahli kimia mendesain dan menciptakan sebuah molekul yang memiliki tujuh putaran nukleus. Nukleus dari lima atom fluorin dan dua atom karbon yang dapat berinteraksi satu dengan yang lain sebagai qubit, dapat diprogram dengan menggunakan denyut-denyut frekuensi radio dan dapat dideteksi melalui peralatan resonansi magnetis nuklir (nuclear magnetic resonance, atau NMR) yang mirip dengan yang banyak digunakan di rumah-rumah sakit dan laboratorium-laboratorium kimia.
Para ilmuwan IBM mengontrol sebuah tabung kecil (vial) yang berisikan
satu miliar-miliar (10 pangkat 18) dari molekul-molekul ini untuk
mengeksekusi algoritma Shor dan mengidentifikasikan secara tepat 3 dan 5
sebagai faktor 15. Meskipun jawaban ini mungkin kelihatan sangat
sepele, kontrol yang dibutuhkan untuk mengatur tujuh putaran dalam
kalkulasi ini menjadikan komputasi kuantum ini komputasi yang paling
rumit yang pernah dijalankan hingga saat ini.
Kemajuan teknologi dibidang komputer semakin cepat, processor yang ada
pada saat ini hampir mencapai perkembangan yang maksimal, sehingga
jumlah transistor yang ditanamkan pada sebuah processor semakin padat.
Maka dari itu, para ilmuan mengembangkan teknologi baru bernama quantum
computing, dengan adanya quantum computing ini, kecepatan komputer bisa
beberapa kali lipat dari komputer digital biasa, sehingga quantum
computing bisa dibilang merupakan sebuah teknologi masa depan di dunia
teknologi komputer
Sumber:
0 komentar:
Posting Komentar