Tugas Ke-3 Pengantar Komputasi Modern "Quantum Computation (Komputer Kuantum)"

TUGAS SOFTSKILL 3
"Quantum Computation (Komputer Kuantum)"

NAMA : Aji Raksa Kumala

NPM : 50412524

KELAS : 4IA23

MATKUL : Pengantar Komputasi Modern

DOSEN : Dr. RINA NOVIANA, SKom,. MMSI

Pendahuluan

“Dua gagasan abad ke‐20 yang paling kuat, mekanika kuantum dan ilmu komputer, bersatu ke dalam kumpulan pengetahuan (body of knowledge) yang lebih kuat, melahirkan teknologi dan aplikasi baru dalam berbagai industri yang luas.”

Komputer kuantum adalah salah satu komputer yang belum sama sekali ada di dunia ini. Karena ini merupakan komputer yang sangat mustahil di ciptakan. Tapi mungkin saja ini bisa tercipta. Jika dikatakan, komputer kuantum hanya butuh waktu 20 menit untuk mengerjakan sebuah proses yang butuh waktu 1025 tahun pada komputer saat ini, kita tentu akan tercengang. Hal inilah yang membuat para ilmuwan begitu tertarik untuk mengembangkan kemungkinan terbentuknya komputer kuantum. Meskipun hingga saat ini belum tercipta sebuah komputer kuantum yang dibayangkan oleh para ilmuwan, kemajuan ke arah sana terus berlangsung. Bahkan yang menarik, ternyata perkembangan komputer kuantum juga mengikuti apa yang dikatakan oleh Gordan Moore sang Genius IBM “Kemampuan Prosesor akan meningkat dua kali lipat dalam jangka waktu 18 bulan”. Jika hal ini benar, para ilmuwan akan dapat membangun sebuah komputer kuantum hanya dalam waktu lima tahun ke depan. Setidaknya, begitulah yang dikatakan oleh Raymond Laflamme, ilmuwan dari Massachusetts Institute of Technology (MIT), Amerika Serikat. 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 dan teknologi ini adalah salah satu hasil dari “applied Physic” (fisika terapan). Untuk itu artikel ini akan menjelaskan tentang apa itu komputer kuantum secara keseluruhan.

Teori informasi dan teori kuantum adalah di antara revolusi konseptual yang paling signifikan abad ke‐20. Pemahaman akan teori‐teori ini menyebabkan kemajuan besar teknologi abad ini. Pada abad ke‐21 ini, kita berharap dapat melihat teori‐teori ini bersatu untuk membentuk sebuah kekuatan yang lebih kuat untuk kemajuan: teori kuantum informasi.

Teknologi komputer kuantum juga sangat berbeda. Untuk operasi, komputer kuantum menggunakan bit kuantum (qubit). Qubit memiliki sifat kuartener. Hukum mekanika kuantum sangat berbeda dengan hukum‐hukum fisika klasik. Qubit dapat eksis tidak hanya pada keadaan‐keadaa yang sesuai dengan nilai‐nilai logika 0 atau 1 seperti dalam kasus sebuah bit klasik, tetapi juga dalam keadaan superposisi.

Pengertian Komputer Kuantum

Pengertian sederhana dari komputer kuantum adalah jenis chip processor terbaru yang diciptakan berdasarkan perkembangan mutakhir dari ilmu fisika (dan matematika) quantum. Singkatnya, chip konvensional sekarang ini perlu diganti dengan yang lebih baik.

Pengertian komputer kuantum adalah merupakan suatu alat hitung yang menggunakan sebuah fenomena mekanika kuantum, misalnya superposisi dan keterkaitan, untuk melakukan operasi data. Dalam komputasi klasik, jumlah data dihitung dengan bit; dalam komputer kuantum, hal ini dilakukan dengan qubit.

Entanglement

Belitan (Entanglement) adalah istilah yang digunakan dalam teori kuantum untuk menggambarkan cara bahwa partikel energi/materi dapat menjadi berkorelasi, diduga dan diprediksi berinteraksi satu sama lain terlepas dari seberapa jauh mereka berada. Keadaan ini tidak memiliki analogi klasiknya.

Keadaan terbelit, seperti pasangan EPR (Einstein, Podolsky, Rosen) yang akan kita bahas segera, bertanggung jawab atas sebagian besar pencapaian paralelisme sistem kuantum. Dengan demikian, komputasi yang memanfaatkan paralelisme kuantum sering disebut pengolahan informasi “belitan” yang disempurnakan (entanglement–enhanced information processing ).

"Secara fakta, teori tentang belitan (entanglement) telah menyebabkan para ilmuwan untuk percaya bahwa ada cara untuk mempercepat komputasi. Bahkan komputer saat ini telah mendekati titik di mana kecepatan mereka dibatasi oleh seberapa cepat elektron dapat bergerak melalui kabel kecepatan cahaya. Baik dalam komputer kuantum atau tradisional, belitan (entanglement) bisa memecahkan masa lalu yang membatasi "(Manay, 1998).

Setidaknya ada hipotesis untuk menggunakan fenomena ini dalam komputasi kuantum. Kita telah mengetahui bahwa kecepatan komunikasi dibatasi oleh kecepatan cahaya karena tidak ada sesuatu pun dapat melakukan perjalanan lebih cepat dari kecepatan cahaya. Pertanyaannya adalah bagaimana partikel dari sistem kuantum berkomunikasi ketika mereka mengubah orientasi spinnya dan akibatnya keadaan vektornya. Ilmuwan terkenal menghabiskan banyak waktu membahas masalah ini. Ide Einstein, bahwa beberapa "parameter tersembunyi" yang tidak diketahui dari sistem kuantum berkontribusi terhadap efek ini, telah ditolak secara teoritis dan eksperimental. Hal ini adalah salah satu contoh yang menunjukkan perbedaan antara realitas klasik dan kuantum. Efek sistem kuantum ini dapat menjelaskan banyak aspek alam (misalkan karakteristik kimia dari atom dan molekul) dan telah dibuktikan melalui oleh eksperimen.

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.

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 2^3 = 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.

Algoritma Komputer Kuantum

Algoritma Kuantum merupakan suatu algoritma yang berjalan pada model yang realistis pada perhitungan kuantum.

Algoritma Shor

Algoritma Shor didasarkan dari sebuah teori bilangan: fungsi F(a) = x^amod n adalah feungsi periodik jika x adalah bilangan bulat yang relatif prima dengan n. Dalam Algoritma Shor, n akan menjadi bilangan bulat yang hendak difaktorkan.. Menghitung fungsi ini di komputer konvensional untuk jumlah yang eksponensial akan membutuhkan waktu eksponensial pula. Pada masalah ini algoritma quantum shor memanfaatkan pararellisme quantum untuk melakukannya hanya dengan satu langkah.

Berbeda dengan komputer konvensional yang deterministik, komputer quantum bersifat nondeterministik dan probabilistik, yang berarti suatu algoritma kadang kala dapat berhasil dan kadang kala akan gagal biarpun untuk kondisi yang sama. Hal ini dikarena sifat pengukuran dalam mekanika quantum yang probabilistik. Akibatnya, Algoritma Shor dapat gagal menemukan faktor karena beberapa sebab, diantaranya:

Hasil pengukuran dari transformasi quantum fourier dapat berupa 0, membuat langka ke 10 tak mungkin dilakukan.
Kadang hasil faktorisasi algoritma akan menghasilkan 1 dan n, yang secara definisi benar tetapi tidak berguna.
Bila hasil r ganjil, maka langkah ke 10 tidak dapat dilakukan.

Implementasi Komputer Kuantum

1. Kriptografi dan Algoritma Peter Shor

Pada tahun 1994 Peter Shor (Bell Laboratories) menemukan algoritma kuantum pertama yang secara prinsip dapat melakukan faktorisasi yang efisien. Hal ini menjadi sebuah aplikasi kompleks yang hanya dapat dilakukan oleh sebuah komputer kuantum. Pemfaktoran adalah salah satu masalah yang paling penting dalam kriptografi. Misalnya, keamanan RSA (sistem keamanan perbankan elektronik) - kriptografi kunci publik - tergantung pada pemfaktoran dan hal itu akan menjadi masalah yang besar. Karena banyak fitur yang bermanfaat dari komputer kuantum, para ilmuwan berupaya lebih untuk membangunnya. Apabila, pemecahan segala jenis enkripsi saat ini memerlukan waktu hampir seabad pada komputer yang ada, mungkin hanya memakan waktu beberapa tahun pada komputer kuantum (Maney, 1998).

2. Kecerdasan Buatan (Artificial Intelligence)

Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa computer kuantum akan jauh lebih cepat dan konsekuensinya akan mampu melaksanakan sejumlah besar operasi dalam periode waktu yang sangat singkat. Di sisi lain, peningkatan kecepatan operasi akan membantu komputer untuk belajar lebih cepat meskipun dengan menggunakan salah satu metode yang paling sederhana, yaitu ”mistake bound model for learning”.

3. Manfaat Lain

Kinerja tinggi akan memungkinkan kita untuk mengembangkan algoritma kompresi yang kompleks, pengenalan suara dan citra, simulasi molekular, keacakan sesungguhnya (true randomness) dan komunikasi kuantum. Keacakan sangat penting dalam simulasi. Simulasi Molekular sangat penting untuk pengembangan aplikasi simulasi pada bidang kimia dan biologi. Dengan bantuan komunikasi kuantum baik pengirim maupun penerima akan diberitahukan jika ada penyusup yang akan untuk menangkap sinyal. Qubits juga memungkinkan lebih banyak informasi yang dapat dikomunkasikan per bit. Komputer kuantum menjadikan komunikasi lebih aman.

Referensi :

ADS HERE !!!