PENGANTAR
QUANTUM COMPUTATION
A.
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.
Sedangkan Quantum
Computer adalah alat perhitungan yang menggunakan langsung dari
kuantum mekanik fenomena, seperti superposisi dan belitan , untuk melakukan
operasi pada Data. Cara kerja quantum computer sendiri berbeda dengann komputer
bisanya. 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.
B.
Entanglement
Entanglement (belitan) adalah suatu teori
mekanika quantum yang menggambarkan seberapa cepat dan betapa kuatnya
keterhubungan partikel-partikel pada Quantum computer yang dimana jika suatu
partikel diperlakukan “A” maka akan memberikan dampak “A” juga ke partikel
lainnya. Keadaan ini dimanfaatkan untuk mempercepat komunikasi data pada
komputer. 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.
Ada juga pemahaman lain tentang
Entanglement menurut Albert Einsten “Entanglement Kuantum” di istilahkan
“Perbuatan Sihir Jarak Jauh” yang merupakan sifat dasar mekanika kuantum.
Entanglement memungkinkan informasi kuantum tersebar dalam puluhan ribu
kilometer, dan hanya dibatasi oleh seberapa cepat dan seberapa banyak pasangan
entanglement dapat bekerja dalam ruang.
C.
Pengoperasian Data Qubit
Qubit merupakan kuantum bit, mitra
dalam komputasi kuantum dengan digit biner atau bit dari komputasi klasik. Sama
seperti sedikit adalah unit dasar informasi dalam komputer klasik, qubit adalah
unit dasar informasi dalam komputer kuantum . Dalam komputer kuantum, sejumlah
partikel elemental seperti elektron atau foton dapat digunakan (dalam praktek,
keberhasilan juga telah dicapai dengan ion), baik dengan biaya mereka atau
polarisasi bertindak sebagai representasi dari 0 dan / atau 1. Setiap
partikel-partikel ini dikenal sebagai qubit, sifat dan perilaku
partikel-partikel ini (seperti yang diungkapkan dalam teori kuantum ) membentuk
dasar dari komputasi kuantum. Dua aspek yang paling relevan fisika kuantum
adalah prinsip superposisi dan Entanglement
Bit digambarkan oleh statusnya, 0 atau 1. Begitu pula, qubit
digambarkan oleh status quantumnya. Dua status quantum potensial untuk qubit
ekuivalen dengan 0 dan 1 bit klasik. Namun dalam mekanika quantum, objek apapun
yang memiliki dua status berbeda pasti memiliki rangkaian status potensial
lain, disebut superposisi, yang menjerat kedua status hingga derajat
bermacam-macam.
Superposisi, pikirkan qubit sebagai
elektron dalam medan magnet. Spin elektron mungkin baik sejalan dengan bidang,
yang dikenal sebagai spin-up, atau sebaliknya ke lapangan, yang dikenal sebagai
keadaan spin-down. Mengubah spin elektron dari satu keadaan ke keadaan lain
dicapai dengan menggunakan pulsa energi, seperti dari Laser – katakanlah kita
menggunakan 1 unit energi laser. Tapi bagaimana kalau kita hanya menggunakan
setengah unit energi laser dan benar-benar mengisolasi partikel dari segala
pengaruh eksternal? Menurut hukum kuantum, partikel kemudian memasuki
superposisi negara, di mana ia berperilaku seolah-olah itu di kedua negara
secara bersamaan. Setiap qubit dimanfaatkan bisa mengambil superposisi dari
kedua 0 dan 1. Dengan demikian, jumlah perhitungan bahwa komputer kuantum dapat
melakukan adalah 2 ^ n, dimana n adalah jumlah qubit yang digunakan. Sebuah
komputer kuantum terdiri dari 500 qubit akan memiliki potensi untuk melakukan 2
^ 500 perhitungan dalam satu langkah. Ini adalah jumlah yang mengagumkan – 2 ^
500 adalah atom jauh lebih dari yang ada di alam semesta (ini pemrosesan
paralel benar – komputer klasik saat ini, bahkan disebut prosesor paralel,
masih hanya benar-benar melakukan satu hal pada suatu waktu: hanya ada dua atau
lebih dari mereka melakukannya). Tapi bagaimana partikel-partikel ini akan
berinteraksi satu sama lain? Mereka akan melakukannya melalui belitan kuantum.
D.
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.
Quantum gates
logika yang diwakili oleh matriks
kesatuan. Quantum gates yang
paling umum beroperasi pada ruang satu atau dua qubit, seperti biasa klasik
gerbang logika beroperasi pada satu atau dua bit. Ini berarti bahwa
sebagai matriks, gerbang kuantum dapat dijelaskan oleh 2 ×
2 atau 4 × 4 matriks kesatuan.
E.
Algoritma Shor
Algoritma Shor, dinamai
matematikawan Peter Shor (Bell Laboratories), adalah algoritma kuantum pertama yang
berjalan pada komputer kuantum yang berguna untuk faktorisasi bilangan bulat
yang efisien. Algoritma Shor dirumuskan pada tahun 1994. Inti dari algoritma
ini merupakan bagaimana cara menyelesaikan faktorisasi terhadap bilangan
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 (sistem keamanan perbankan elektronik) . 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.
Referensi
:
