Muhamad Renaldy Ridwan (53417795)-4ia18
Quantum computer atau komputer kuantum merupakan alat untuk memproses informasi yang menggunakan prinsip mekanika kuantum. Komputasi ini memiliki sifat yang berbeda dari komputasi klasik.
Salah satu contoh perbedaannya adalah prosesor yang digunakan dalam quantum computer. Komputer klasik menggunakan chip berbasis silikon.
Sedangkan untuk quantum computer, menggunakan sistem kuantum seperti atom, ion, foton, atau elektron.
Material quantum computer berperilaku sesuai dengan hukum mekanika kuantum, yaitu menggunakan konsep pengukuran probabilistik, superposisi, dan keterkaitan kuantum.
Konsep-konsep tersebut memberikan dasar pada algoritma kuantum yang memanfaatkan kekuatan komputasi kuantum untuk memproses informasi yang kompleks.
Quantum Computer atau komputer kuantum memanfaatkan fenomena ‘aneh’ yang disebut sebagai superposisi. Dalam mekanika kuantum, suatu partikel bisa berada dalam dua keadaan sekaligus. Inilah yang disebut keadaan superposisi. Dalam komputer kuantum, selain 0 dan 1 dikenal pula superposisi dari keduanya. Ini berarti keadaannya bisa berupa 0 dan 1, bukan hanya 0 atau 1 seperti di komputer digital biasa. Komputer kuantum tidak menggunakan Bits tetapi QUBITS (Quantum Bits). Karena kemampuannya untuk berada di bermacam keadaan (multiple states), komputer kuantum memiliki potensi untuk melaksanakan berbagai perhitungan secara simultan sehingga jauh lebih cepat dari komputer digital. Komputer kuantum menggunakan partikel yang bisa berada dalam dua keadaan sekaligus, misalnya atomatom yang pada saat yang sama berada dalam keadaan tereksitasi dan tidak tereksitasi, atau foton (partikel cahaya) yang berada di dua tempat berbeda pada saat bersamaan.
Atom memiliki konfigurasi spin. Spin atom bisa ke atas (up), bisa pula ke bawah (down). Misalnya saat spin atom mengarah ke atas (up) kita beri lambang 1, sedangkan spin down adalah 0 (seperti dalam sistem binary di komputer digital). Atom-atom berada dalam keadaan superposisi (memiliki spin up dan down secara bersamaan) sampai kita melakukan pengukuran. Tindakan pengukuran memaksa atom untuk ‘memilih’ salah satu dari kedua kemungkinan itu. Ini berarti sesudah kita melakukan pengukuran, atom tidak lagi berada dalam keadaan superposisi. Atom yang sudah mengalami pengukuran memiliki spin yang tetap: up atau down. Saat konsep ini diterapkan dalam komputer kuantum, keadaan superposisi terjadi pada saat proses perhitungan sedang berlangsung. Sistem perhitungan pada komputer kuantum ini berbeda dengan komputer digital. Komputer digital melakukan perhitungan secara linier, sedangkan komputer kuantum melakukan semua perhitungan secara bersamaan (karena ada multiple states semua perhitungan dapat berlangsung secara simultan di semua state). Ini berarti ada banyak kemungkinan hasil perhitungan. Untuk mengetahui jawabannya (hasil perhitungannya) kita harus melakukan pengukuran qubit. Tindakan pengukuran qubit ini menghentikan proses perhitungan dan memaksa sistem untuk ‘memilih’ salah satu dari semua kemungkinan jawaban yang ada Dengan sistem paralelisme perhitungan ini, kita bisa membayangkan betapa cepatnya komputer kuantum. Komputer digital yang paling canggih saat ini (setara dengan komputer kuantum 40 qubit) memiliki kemampuan untuk mengolah semua data dalam buku telepon di seluruh dunia (untuk menemukan satu nomor telepon tertentu) dalam waktu satu bulan. Jika menggunakan komputer kuantum proses ini hanya memerlukan waktu 27 menit. Ada satu fenomena ‘aneh’ lain dari mekanika kuantum yang juga dimanfaatkan dalam teknologi komputer kuantum: Entanglement. Jika dua atom mendapatkan gaya tertentu (outside force) kedua atom tersebut bisa masuk pada keadaan ‘entangled’. Atom-atom yang saling terhubungkan dalam entanglement ini akan tetap terhubungkan walaupun jaraknya berjauhan. Analoginya adalah atom-atom tersebut seperti sepasang manusia yang punya ‘telepati’. Jika yang satu dicubit, maka pasangannya (di mana pun ia berada) akan merasa sakit. Perlakuan terhadap salah satu atom mempengaruhi keadaan atom pasangannya. Jika yang satu memiliki spin up (kita baru bisa mengetahuinya setelah melakukan pengukuran) maka kita langsung mengetahui bahwa pasangannya pasti memiliki spin down tanpa kita perlu mengukurnya kembali. Ini melambangkan sistem komunikasi yang super cepat. Komunikasi menggunakan komputer kuantum bisa mencapai kecepatan yang begitu luar biasa karena informasi dari satu tempat ke tempat lain dapat ditransfer secara instant. Begitu cepatnya sehingga terlihat seakan-akan mengalahkan kecepatan cahaya.
Quantum entanglement
disebut juga dengan Bell state adalah fenomena fisik yang terjadi ketika sepasang atau sekelompok partikel saling mempengaruhi walaupun dipisahkan oleh jarak yang sangat jauh.
Pasangan partikel ini disebut juga dengan pasangan Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), dan ketika pengukuran terhadap salah satu di antaranya, memliki efek langsung terhadap probabilitas pengukuran yang lain, seolah-olah informasi berjalan secara instan diantara keduanya.
Ketika dua partikel yang saling berinteraksi, seperti dua foton yang kemudian dilewatkan pada pembagi cahaya (beam splitter) dan terpisahkan, akan tetap saling terhubung satu dengan yang lainnya, dan secara instan saling menyamakan kondisi fisik keduanya, berapapun jauhnya jarak yang memisahkan. Hubungan ini dikenal dengan quantum entanglement, dan peristiwa ini mendasari ilmu mekanika kuantum.
QUBIT
Perhatikan dua contoh binary berikut ini: 011 dan 111. Binary pertama adalah 3 dan binary ke dua adalah 7. Secara umum, tiga digit angka tersebut ditulis dengan 23 = 8 dalam konfigurasi yang berbeda yang mewakili integer 0 sampai 7. Namun, tiga digit angka yang tersimpan tersebut hanya mampu menyimpan satu angka pada suatu keadaan waktu. Qubit pada sistem quantum yang ditulis Boolen dengan angka 0 dan 1 diwakili oleh suatu ketetapan kuantum normal dan orthogonal mutual yang dinyatakan dengan {|0>,|1>}. Kedua bentuk tersebut membentuk sebuah basis komputasional dan yang lain ditulis sebagai superposisi yaitu α|0> + β|1> dimana α dan β dalam hal itu adalah | α | 2 + | β | 2 = 1. Qubit adalah tipikal sistem mikroskopik, misalnya : atom, nuclear spin dan polarisasi photon. Kumpulan dari qubit n dinamakan sebuah register quantum yang berukuran n. Kita asumsikan bahwa informasi disimpan dalam bentuk binary register. Sebagai contoh angka 6 diwakili oleh |1> ⨂ |1> ⨂ |0>. Pada bentuk notasi yang rapi, |a> merupakan produk tensor |an-1> ⊗ |an-2> ....|a1> ⨂ |a0 dimana ai ∈{0,1} dan mewakili sebuah register kuantum yang dengan nilai a= 20 a0 + 21 a1 + ......2n-1 an-1. Ada 2n macam keadaan, yang mewakili semua binary dari panjang n atau angka dari 0 sampai 2n -1, dan kesemuanya membentuk basis komputatisional yang baik. Pada contoh berikut ai ∈{0,1}n (a adalah binary string dengan dengan panjang n) menyatakan bahwa |a>termasuk ke dalam basis komputasional. Sehingga guantum register angka 3 bisa menyimpan angka 3 atau 7 tersendiri, |0> ⨂ |1> ⨂ |1> ≡ |011> ≡ |3>, dan |1> ⨂ |1> ⨂ |1> ≡ |111> ≡ |7>. Namun, bisa juga menyimpan keduanya sekaligus. Bagaimana kalau kita ambil qubit pertama, dan daripada menempatkannya ke dalam |0> ataupun |1>
GATE PADA KOMPUTER KUANTUM
Manipulasi qubit lainnya harus dilakukan oleh operasi gabungan (unitary operations). Gate logika kuantum merupakan alat yang melakukan operasi gabungan yang benar pada qubit yang terpilih dan pada waktu yang juga tepat. Jaringan kuantum adalah sebuah alat yang terdiri dari gate logika kuantum yang langkah komputasionalnya disingkronisasikan dengan waktu. Output dari sejumlah gate dihubungkan oleh sejumlah kabel mengarah ke input lainnya. Ukuran jaringan adalah jumlah gate didalamnya.
A. Hadamard Gate Gate kuantum yang paling umum adalah Gate Hadamard, yaitu gate qubit tunggal H melakukan transformasi gabungan yang dikenal dengan istilah Transformasi Hadamard
B. Fase Shift Gate Gate qubit tunggal lainnya – shift gate ∅ diartikan sebagai |0> ⟼ |0> dan |1> ⟼ ei∅
Gate Hadamard dan gate shift bisa digabungkan untuk membangun jaringan berikutnya (dengan ukuran 4) yang menghasilkan keadaan nyata yang paling umum dari qubit tunggal (sampai ke fase global), konsekuensinya, gate Hadamard dan gate shift sudah cukup untuk membangun operasi gabungan apapun pada qubit tunggal.
C. C-Note Gate Supaya bisa melibatkan dua (atau lebih qubit) kita harus memperpanjang daftar gate kuantum menjadi gate dua qubit. Gate dua qubit yang paling terkenal adalah NOT kontrol (CNOT), juga dikenal sebagai XOR atau gate pengukuran. Gate tersebut meloncat ke target kedua jika qubit kontrol pertamaadalah |1> dan tidak bisa melakukan apa-apa jika qubit kontrol nya adalah |0>. Gate tersebut diwakili oleh matriks gabungan.
D. Control-U Gate Secara umum, dua jenis qubit gate control secara keseluruhan membentuk control U, untuk sejumlah tranformasi gabungan qubit tunggal U. Control U gate mengaplikasikan identitas transformasi ke qubit yang lebih rendah ketika qubit control berada dalam keadaan |1>. Peta gate |0>|y> ke |0>|y>. Gate Hadamard, semua shift gate, dan C-NOT, membentuk sebuah set universal gate, yaitu jika C-NOT dan Hadamard dan semua shift gate lainnya tersedia lalu operasi gabungan gate n apapun bisa disimulasikan dengan O(4n n) seperti gate BBC95. Sebuah komputer kuantum bisa dilihat sebagai jaringan kuantum (atau keluarga jaringan kuantum) dan komputasi kuantum didefinisikan sebagai sebuah evolusi gabungan jaringan yang mengambil keadaan awal “input” kedalam keadaan akhir “output”. Kita telah memilih model jaringan komputasi, daripada mesin Turing, karena lebih sederhana, lebih mudah dijalankan dan lebih relevan ketika mengarah pada implementasi fisik dari komputasi kuantum.
Algoritma Shor
adalah algoritma untuk kuantum komputer yang berguna mencari faktor suatu bilangan yang sangat besar. Proses ini dapat memecahkan RSA, public-key cryptosystem yang paling umum digunakan.
Bagaimana cara kerjanya?
Ternyata, jika kita bisa mencari periode dari suatu deretan bilangan yang sangat panjang, kita bisa melakukan faktorisasi suatu bilangan yang sangat besar. Transformasi Fourier dapat digunakan untuk mencari periode. Sementara, komputer kuantum yang memiliki ruang keadaan yang sangat besar, dapat digunakan untuk mengambil sampel dari hasil transformasi Fourier terhadap deretan bilangan yang sangat panjang. Dengan probabilitas yang besar, sampel ini dapat kita gunakan untuk melakukan komputasi klasik yang menghasilkan faktor dari suatu bilangan.
Contoh komponen klasik dari algoritma ini adalah sebagai berikut. Jika kita ingin melakukan faktorisasi bilangan besar N, deretan bilangan yang harus kita cari periodenya adalah (mod N). Misal N = 91 dan = 2. Deretan bilangannya adalah 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 37, 74, 57, 23, 46, 1, 2, 3, …. Periodenya adalah 12. Untuk mencari faktornya, perhatikan dengan adalah setengah dari periode, yaitu 6. Jika kita beruntung, dan ini kemungkinannya adalah 1/2, maka akan mengandung salah satu faktor sementara mengandung faktor lainnya. Untuk b = 6, bilangan ini adalah 64 - 1 = 63 yang memiliki faktor 7 dan 64 + 1 = 65 yang memiliki faktor 13. Kita bisa mencari faktor-faktor ini menggunakan rumus Euclid untuk Faktor Persekutuan Terbesar (FPB). Contohnya, FPB dari 91 dan 63 adalah 7.
Untuk menjelaskan transformasi Fourier kuantum sedikit lebih sulit dan tempatnya terlalu sempit di sini. Intinya adalah, ini adalah algoritma Cooley-Tukey Fast Fourier Transform yang diadaptasikan ke komputer kuantum. Untuk mencari periode dari deretan sepanjang dibutuhkan gerbang kuantum. Ini bukan bagian yang paling memakan waktu lama dalam algoritma ini. Yang paling memakan waktu adalah menghitung deretan dalam komputer kuantum, yang membutuhkan kurang lebih gerbang kuantum jika N adalah bilangan -bit.
0 komentar:
Posting Komentar