Pendahuluan
Pada
awalnya Feynman dari California Institute of Technology (Caltech). 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 digunakandalam sistem kuantum yaitu algoritma shor dan algoritma grover.
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 digunakandalam sistem kuantum yaitu algoritma shor dan algoritma grover.
Komputer
kuantum adalah alat hitung yang menggunakan sebuah fenomena mekanika kuantum,
misalnya superposisi dan keterkaitan, untuk melakukan operasi data. Menurut
Prof. Freddy Permana Zen, M.Sc, D.Sc , komputasi kuantum adalah teori komputasi
yang dibangun berdasarkan prinsip-prinsip mekanika kuantum. Algoritma kuantum
memiliki efisiensi yang jauh lebih baik dibanding algoritma klasik yang dipakai
pada komputer saat ini. Sebuah komputer kuantum juga diyakini memiliki
kemampuan proses yang jauh lebih baik dibanding komputer klasik. Riset bidang
komputasi kuantum masih terus berkembang. 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.
Komputasi pada dasarnya dapat
didefinisikan sebagai pengolahan sistematis dari simbol tertentu (input)
menjadi simbol lainnnya (output). Simbol di sini adalah obyek fisis, dan
komputasi adalah proses fisis yang dilakukan oleh piranti fisis yang disebut
komputer. Jika kita menginterpretasikan setiap keadaan fisis sebagai sebuah
simbol, maka pada dasarnya setiap proses fisis dapat dianggap sebagai proses
komputasi. Jelaslah bahwa informasi bersifat fisis dan karenanya teori
komputasi harus mengacu pada hukum dasar fisika.
Teori informasi klasik sebagaimana dirumuskan oleh Turing, Church, Post, Neumann, dan Godel, yang direalisasikan dalam bentuk komputer digital sekarang ini, awalnya adalah teori matematika abstrak yang sama sekali tidak mengacu pada hukum fisika. Dan gagasan klasik ini tentulah membutuhkan tinjauan ulang dalam sudut pandang hukum fisika, khususnya dalam sudut pandang teori kuantum. Misalnya, dalam fenomena kuantum terdapat proses acak murni, misalnya peluruhan radioaktif, yang tidak terdapat dalam fisika klasik. Selanjutnya, dalam fisika klasik terdapat pasangan besaran yang tidak dapat secara bersamaan memiliki nilai pasti (prinsip ketidakpastian), misalnya jika A dan B adalah pasangan besaran yang memenuhi prinsip ketidakpastian, maka pengukuran A akan mempengaruhi hasil dari pengukuran B. Tindakan memperoleh informasi dari sebuah sistem akan mengganggu keadaan sistem tersebut. Juga keadaan kuantum memenuhi prinsisp superposisi, yaitu bahwa jika sebuah sistem bisa berada dalam keadaan |a> atau |b>, maka sistem itu juga bisa berada dalam kombinasi keduanya.
Teori informasi klasik sebagaimana dirumuskan oleh Turing, Church, Post, Neumann, dan Godel, yang direalisasikan dalam bentuk komputer digital sekarang ini, awalnya adalah teori matematika abstrak yang sama sekali tidak mengacu pada hukum fisika. Dan gagasan klasik ini tentulah membutuhkan tinjauan ulang dalam sudut pandang hukum fisika, khususnya dalam sudut pandang teori kuantum. Misalnya, dalam fenomena kuantum terdapat proses acak murni, misalnya peluruhan radioaktif, yang tidak terdapat dalam fisika klasik. Selanjutnya, dalam fisika klasik terdapat pasangan besaran yang tidak dapat secara bersamaan memiliki nilai pasti (prinsip ketidakpastian), misalnya jika A dan B adalah pasangan besaran yang memenuhi prinsip ketidakpastian, maka pengukuran A akan mempengaruhi hasil dari pengukuran B. Tindakan memperoleh informasi dari sebuah sistem akan mengganggu keadaan sistem tersebut. Juga keadaan kuantum memenuhi prinsisp superposisi, yaitu bahwa jika sebuah sistem bisa berada dalam keadaan |a> atau |b>, maka sistem itu juga bisa berada dalam kombinasi keduanya.
Entanglement
Entanglement merupakan keadaan dimana dua atom
yang berbeda berhubungan sedemikian hingga satu atom mewarisi sifat atom
pasangannya. “Entanglement adalah esensi komputasi kuantum karena ini adalah
jalinan kualitas yang berhubungan dengan lebih banyak informasi dalam bit
kuantum dibanding dengan bit komputing klasik,” demikian Andrew Berkley, salah
satu peneliti.
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
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 Gate
Dalam komputasi kuantum dan khusus kuantum
sirkuit model komputasi, gerbang kuantum (atau Gerbang logika 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, dinamai matematikawan Peter Shor , adalah
algoritma kuantum yaitu merupakan suatu algoritma yang berjalan pada komputer
kuantum yang berguna untuk faktorisasi bilangan bulat. Algoritma Shor
dirumuskan pada tahun 1994. Inti dari algoritma ini merupakan bagaimana
cara menyelesaikan faktorisasi terhaadap bilanga interger atau bulat yang
besar.
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:
- Penurunan yang bisa dilakukan pada komputer klasik, dari masalah
anjak untuk masalah ketertiban -temuan.
- 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.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar