Sabtu, 28 Mei 2016
Pendahuluan
Komputasi
quantum mempelajari teori sistem komputasi (komputer quantum) yang
membuat penggunaan langsung dari fenomena mekanika quantum, seperti
superposisi dan entanglement(keterikatan), untuk menjalankan operasi
pada data. Komputer quantum berbeda dari komputer digital yang
berbasis transistor. Karena komputer digital memerlukan data untuk
dikodekan ke dalam digit biner (bits), setiap bits pasti dalam satu
dari dua keadaan tentu (0 atau 1), komputasi quantum menggunakan
qubit yang mana dapat berada dalam kondisi superposisi. Mesin Turing
quantum adalah model teoritis dari komputer, dan juga dikenal sebagai
komputer quantum universal. Komputer quantum berbagi kesamaan teori
dengan komputer probabilistik dan non-deterministik. Bidang komputasi
quantum diawali oleh karya Paul Benioff dan Yuri Manin pada 1980,
Terdapat
beberapa perbedaan antara komputer klasik dengan komputer quantum.
Pada komputer klasik, memori berbentuk string dari 0 dan 1, dan ia
mampu melakukan perhitungan hanya pada sekumpulan bilangan secara
simultan. Sedangkan komputer quantum menggunakan bentuk superposisi
dari bilangan-bilangan yang berbeda sebagai bentuk memorinya.
Komputer quantum dapat melakukan perhitungan klasik reversible secara
bebas pada semua bilangan disaat yang sama, kemudian
penginterferesian semua hasil untuk mendapatkan satu jawaban,
sehingga komputer quantum jauh lebih kuat dari komputer klasik.
Entanglement
Entanglement
adalah suatu cara atau gambaran cara bagaimana partikel dapat
berkorelasi, dianggatp dan diprediksi berinteraksi satu sama lain
tanpa terpaut jarak. Tidak ada keadaan serupa dalam metode klasik.
Entanglement berpengaruh pada sebagian besar paralelisme sistem
quantum. Komputasi yang memanfaatkan paralelisme kuantum sering
disebut Entanglement-Enhanced Information Processing. Entanglement
secara teori diyakini dapat mempercepat komputasi. Ide bahwa seberapa
cepat elektron dapat bergerak melalui kabel telah membatasi kecepatan
komputer bekerja. Baik pada komputer klasik maupun quantum,
entanglement diyakini dapat memecahkan batasan tersebut. Berdasarkan
mekanika quantum, kekuatan dari luar yang bekerja pada dua buah
partikel pada sistem quantum menyebabkan mereka berada pada kondisi
entangle. Keadaan quantum dari sistem tersebut berisi semua posisi
spin (momen magnetik internal) setiap partikel. Spin total sistem
hanya bisa sama untuk nilai diskrit tertentu dengan probabilitas yang
berbeda. Pengukuran spin total
sistem kuantum tertentu menunjukkan bahwa posisi spin beberapa
partikel tidak independen dari yang lainnya. Untuk sistem tersebut,
ketika orientasi spin dari satu partikel
diubah
dengan beberapa alasan, orientasi spin dari partikel lain akan
berubah secara otomatis dan cepat. Berdasarakan pemahaman sejauh ini,
kita dapat menyimpulkan bahwa kecepatan komunikasi dibatasi oleh
kecepatan cahaya. Masalah selanjutnya terletak pada bagaimana
partikel pada sistem quantum berkomunikasi ketika mereka mengubah
orientasi spinnya.
Pengoperasian
Data Qubit
Seperti
yang sudah kita ketahui, satuan dasar dalam pengolahan informasi pada
masa sekarang ini adalah bit, yang mana dapat kita anggap satu dari
dua keadaan yang kita label 0 dan 1. dalam perilaku yang sama, kita
dapat mendefinisikan satuan dasar pengolahan informasi yang dapat
digunakan dalam komputasi quantum. Satuan dasar informasi dalam
komputasi quantum ini disebut qubit, kependekan dari Quantum Bit.
Meskipun qubit akan terlihat mirip dengan bit dalam beberapa sudut
pandang, seiring kita mempelajari komputasi quantum, qubit akan
secara fundamental berbeda dari bit dan perbedaan fundamental ini
akan membuat kita dapat melakukan pengolahan informasi dengan cara
yang baru dan menarik.
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
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
Algoritma
Kuantum
Sejauh
ini terdapat dua jenis algoritma yang biasa digunakan dalam komputasi
quantum. Algoritma tersebut diantaranya adalah algoritma Grover dan
algoritma Sorting. Berikut adalah penjelasannya.
Algoritma
Grover, yaitu sebuah algoritma yang menawarkan percepatan kuadrat
dibandingkan pencarian linear klasik untuk list tak terurut. Sebagian
besar algoritma pencarian seperti pencarian linier, pencarian biner
dan pohon pencarian biner yang self-balancing, dapat dikembangkan
dengan sedikit tambahan cost untuk menemukan semua nilai yang kurang
dari atau lebih dari kunci nya. Operasi ini disebut range search.
Algoritma
Sorting yaitu sebuah proses merangkai benda dalam urutan tertentu dan
atau dalam himpunan yang berbeda. Algoritma sorting memiliki dua arti
umum yang berbeda. Pertama adalah proses pengurutan atau merangkai
benda yang sejenis, sekelas atau yang lainnya, dalam urutan yang
teratur. Pengertian yang kedua adalah sortingmerupakan kategorisasi,
pengelompokkan dan pemberian label kepada benda dengan sifat yang
serupa. Algoritma-algoritma untuk melakukan sorting pada komputasi
quantum masih sama seperti komputasi klasik, yaitu bubble sort, quick
sort, selection sort, insertion sort, dan merge sort.
Implementasi
Komputasi Quantum
Pada
tahun 2000, IBM sudah membuat quantum computer dengan 5 qubits dengan
atom sebagai prosesornya. & D-Wave perusahaan komputer asal
Vancouver, Canada merilis kabar bahwa pihaknya telah mampu untuk
beroperasi dengan prinsip quantum yang jauh lebih cepat dari komputer
yang ada saat ini.
Komputer yang diberi nama “Orion” ini, memakai teknik cetakan rata yang sistematis, dipadukan dengan sebuah chip niobium superkonduksi & suhu ultrarendah, dapat mengerjakan 16 qubit. Chip inti harus dingin hingga mendekati titik nol absolut (-125.15ºC), supaya dalam proses perhitungannya tetap dalam kondisi kuantum.
Komputer yang diberi nama “Orion” ini, memakai teknik cetakan rata yang sistematis, dipadukan dengan sebuah chip niobium superkonduksi & suhu ultrarendah, dapat mengerjakan 16 qubit. Chip inti harus dingin hingga mendekati titik nol absolut (-125.15ºC), supaya dalam proses perhitungannya tetap dalam kondisi kuantum.
Perusahaan D-Wave menuturkan, bahwa komputer kuantum ini bisa mengoperasikan 64 ribu hitungan secara bersamaan, & prototipe komputer kuantum yang diperlihatkannya pada 13 Februari 2007 merupakan komputer tipe bisnis yang pertama di dunia, di dalamnya ditanamkan chip kuantum yang dapat mengoperasikan 16 qubit.
[4]
Quantum Computing Explained, David McMahon, Wiley, 2008
