Quantum Computation
TUGAS 3 PENGANTAR
KOMPUTASI
MODERN
Disusun oleh :
Afifah Kurniawati 50416277
Badra Danendra 51416289
Maulidya Sakinah 54416313
Noviyanti 55416512
Kelas : 4IA23
FAKULTAS
TEKNOLOGI INDUSTRI
JURUSAN
TEKNIK INFORMATIKA
UNIVERSITAS
GUNADARMA
2020
1.
Konsep
Quantum Computation
1.1.
Pengertian
Quantum Computation
Dalam bahasa Indonesia yaitu
komputer kuantum, merupakan komputer yang
memanfaatkan fenomena-fenomena dari mekanika quantum, seperti quantum
superposition dan quantum
entanglement, yang digunakan untuk pengoperasian data. Quantum Computation itu sendiri adalah suatu
bidang studi yang memfokuskan kepada teknologi komputer yang sedang berkembang berdasarkan prinsip-prinsip dari
teori kuantum. Dimana dijelaskan
mulai dari sifat serta perilaku energi dan materi pada kuantum (atom dan sub atom) tingkat. Quantum Computing
adalah 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.
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.
Walaupun komputer kuantum masih dalam pengembangan, telah dilakukan eksperimen
dimana operasi komputasi kuantum dilakukan atas sejumlah kecil Qubit. Riset
baik secara teoretis maupun praktik terus berlanjut dalam laju yang cepat,
banyak pemerintah nasional dan agensi pendanaan militer mendukung riset
komputer kuantum untuk pengembangannya, baik untuk keperluan rakyat maupun
masalah keamanan nasional seperti kriptoanalisis.
Perhitungan jumlah data pada
komputasi klasik dihitung dengan bit, sedangkan perhitungan jumlah data pada
komputer kuantum 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.
Komputer kuantum dapat jauh lebih
cepat dari komputer konvensional pada banyak masalah, salah satunya yaitu
masalah yang memiliki sifat berikut :
1) Satu-satunya
cara adalah menebak dan mengecek jawabannya berkali-kali
2) Terdapat
n jumlah jawaban yang mungkin
3) Setiap
kemungkinan jawaban membutuhkan waktu yang sama untuk mengeceknya
4) Tidak
ada petunjuk jawaban mana yang kemungkinan benarnya lebih besar: memberi
jawaban dengan asal tidak berbeda dengan mengeceknya dengan urutan tertentu.
Teknologi komputer pada zaman
globalisasi saat ini telah berkembang pesat, sehingga komputer dengan teknologi
lama mulai tergantikan dengan teknologi yang baru yang pastinya sudah lebih
canggih. Kita bisa melihat contohnya pada teknologi pemrosesan Quantum
Computing yang merupakan alat hitung menggunakan sebuah fenomena mekanika
kuantum. Dapat diambil contohnya seperti penggunaan superposisi dan keterkaitan
(entanglement) untuk proses operasi data. Dalam komputer klasik jumlah data
dihitung dengan bit, sedangkan dalam komputer kuantum jumlah data dihitung
dengan qubit. Adapun prinsip dasar komputer kuantum yang perlu kita tahu adalah
bahwa sifat quantum dari partikel dapat digunakan untuk mewakili data dan
struktur data. Selain itu prinsip lainnya adalah bahwa mekanika kuantum dapat
digunakan untuk melakukan operasi pada data tersebut. Oleh karena itu, untum
mengembangkan komputer dengan sistem kuantum diperlukan logika baru yang
tentunya sesuai dengan prinsip quantum ini.
1.2.
Perbedaan
Quantum Computation dengan Quantum Computing
·
Quantum Computing
adalah 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. 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.
·
Qubit atau Binary Digit
merupakan ukuran terkecil data dalam sebuah komputer yang hanya terdiri dari 1
atau 0, nyala atau mati, benar atau salah, tidak ada selain dari dua
kemungkinan itu. Tapi qubit atau quantum bit, bisa memiliki tiga kemungkinan
yaitu 1, 0 atau supersisi dari 1 dan 0. Iya, tidak dan mungkin. Qubit
menggunakan mekanika kuantum (hukum fisika yang berlaku hanya untuk partikel
yang sangat kecil seperti atom) untuk mengkodekan informasi baik sebagai 1 dan
0 pada saat yang sana.
·
Mekanika Kuantum
merupakan cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik paa tataran
atom dan sub atom. Kuantum komputer menggunakan fenomena dari mekanika kuantum
yang berupa superposition, entanglement, multi verse dan tunneling.
Superposition adalah keadaan dimana diantara 2 kemungkinan atau bisa disebut
gabungan 2 kemungkinan.
1.3.
Sejarah
Singkat Quantum Computing
·
Pada tahun 1970'an
pencetusan atau ide tentang komputer kuantum pertama kali muncul oleh para
fisikawan dan ilmu wan komputer seperti Charles H. Bennet dari IBM, Paul A.
Benioff dari Argonne National Laboratory, Illinois, David Deutsch dari
University of Oxford dan Richard P. Feynman dari California Institute of
Technology (Caltech).
·
Feynman dari California
Institute of Technology yang pertama kali mengajukan dan menunjukkan model
bahwa sebuah sistem kuantum dapat digunakan untuk melakukan komputasi. Feyman
juga menunjukkan bagaimana sistem tersebut dapat menjadi simulator bagi fisika
kuantum.
·
Pada tahun 1985,
Deutsch menyadari esensi dari komputasi oleh sebuah komputer kunatum dan
menunjukkan bahwa semua proses fisika secara prinsipil dapat dimodelkan melalui
komputer kuantum. Dengan demikian, komputer kuantum memiliki kemampuan yang
melebihi komputer klasik.
·
Pada tahun 1995, Peter
Shor merumuskan sebuah algoritma yang memungkinkan penggunaan komputer kuantum
untuk memecahkan masalah faktorisasi dalam teori bilangan. Sampai saat ini,
riset dan eksperimen pada bidang komputer kuantum masih terus dilakukan
diseluruh dunia. Berbagai metode dikembangkan untuk memungkinkan terwujudnya
sebuah komputer yang memiliki kemampuan yang luar biasa ini. Sejauh ini, sebuah
komputer kuantum yang telah dibangun hanya dapat mencapai kemampuan untuk
memfaktorkan dua digiat bilangan. Komputer kuantum ini dibangun pada tahun 1998
di Los Alamos, Amerika Serikat menggunakan NMR (Nuclear Magnetic Resonance).
2.
Quantum
Entanglement
Setelah sedikit memahami apa itu quantum computation
dan quantum computer kita akan memasuki
pembahasan dari Entanglement. Entanglement sendiri masih bagian dari Quantum Computation. Entanglement 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.
Quantum entanglement adalah bagian dari fenomena
quantum mechanical yang menyatakan
bahwa dua atau lebih objek dapat digambarkan mempunyai hubungan dengan objek lainnya walaupun objek tersebut
berdiri sendiri dan terpisah dengan objek
lainnya. Quantum entanglement merupakan salah satu konsep yang membuat
Einstein mengkritisi teori Quantum
mechanical. Einstein menunjukkan kelemahan teori Quantum Mechanical yang menggunakan entanglement merupakan sesuatu yang
“spooky action at a distance” karena Einstein tidak mempercayai bahwa Quantum
particles dapat mempengaruhi partikel lainnya melebihi kecepatan cahaya. Namun,
beberapa tahun kemudian, ilmuwan John Bell membuktikan bahwa “spooky action at
a distance” dapat dibuktikan bahwa entanglement dapat terjadi pada
partikel-partikel yang sangat kecil.
Penggunaan quantum entanglement saat ini
diimplementasikan dalam berbagai bidang salah satunya adalah pengiriman
pesan-pesan rahasia yang sulit untuk di-enkripsi dan pembuatan komputer yang
mempunyai performa yang sangat cepat. 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.
Dari sumber yang saya dapatkan dari internet :
[Quantum entanglement] merupakan fenomena yang menghubungkan dua partikel
sedemikian rupa sehingga perubahan yang terjadi pada satu partikel seketika itu
juga tercermin dalam partikel lainnya, meski mungkin secara fisik diantara
mereka terpisah beberapa tahun cahaya.
3.
Pengoprasian
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.
Superposisi, pikirkan qubit sebagai elektron dalam
medan magnet. Spin electron 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.
Ilmu informasi quantum dimulai dengan
menggeneralisir sumberdaya fundamental informasi klasik—bit—menjadi bit
quantum, atau qubit. Sebagaimana bit merupakan objek ideal yang diabstraksi
dari prinsip-prinsip fisika klasik, qubit adalah objek quantum ideal yang
diabstraksi dari prinsip-prinsip mekanika quantum. Bit bisa direpresentasikan
dengan kawasan-magnetik pada cakram, voltase pada sirkuit, atau tanda grafit
yang dibuat pensil pada kertas. Pemfungsian status-status fisikal klasik ini sebagai
bit tidak bergantung pada detil bagaimana mereka direalisasikan. Demikian
halnya, atribut-atribut qubit adalah independen dari representasi fisikal
spesifik sebagai pusingan nukleus atom atau, katakanlah, polarisasi photon
cahaya.
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. Status-status qubit yang diperkenankan persisnya merupakan
semua status yang harus bisa dicapai, secara prinsip, oleh bit klasik yang
ditransplantasikan ke dalam dunia quantum. Status-status qubit ekuivalen dengan
titik-titik di permukaan bola, di mana 0 dan 1 sebagai kutub selatan dan utara
Kontinum status antara 0 dan 1 membantu perkembangan banyak atribut luar biasa
informasi quantum.
4.
Quantum
Gates
Quantum Gates 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 gates terdiri dari beberapa bilangan qubit, sehingga quantum gates
lebih susah untuk dihitung daripada gerbang logika pada komputer digital.
Quantum logic gates, pada prosedur berikut menunjukan bagaimana cara untuk
membuat sirkuit reversibel yang mensimulasikan dan sirkuit inversibel sementara
untuk membuat penghematan yang besar dalam jumlah ancillae yang digunakan.
berikut prosesnya :
- Simulasikan gerbang dibabak tingkat pertama
- Jauhkan hasil gerbang di tingkat 2 secara terpisah
- Bersihkan bit ancillae
- Gunakan mereka untuk mensimulasikan gerbang di babak kedua tingkat
- Setelah menghitung output, membersihkan bit ancillae
- Bersihkan hasil tingkat 2
5.
Algoritma
Shor
Algoritma Shor ditemukan pertama kali oleh Peter
Shor pada tahun 1994. Algoritma Shor ini secara prinsip dapat melakukan
faktorisasi secara efisien, oleh karena itu penggunaan algoritma ini hanya
dapat dikerjakan oleh sebuah komputer kuantum. Dengan adanya Algoritma Shor
ini, sebuah komputer kuantum dapat memecahkan sebuah kode rahasia yang saat ini
secara umum digunakan untuk mengamankan pengiriman data yang disebut dengan
kode RSA. Jika disandikan melalui kode RSA, data yang dikirimkan akan aman
karena kode RSA tidak dapat dipecahkan dalam waktu yang singkat. Selain itu, pemecahan
kode RSA membutuhkan kerja ribuan komputer secara paralel sehingga kerja
pemecahan ini tidaklah efektif. Contohnya : Seorang pemecah kode akan
membutuhkan waktu 8 bulan dan 1.600 pengguna internet jika ia akan memecahkan
kode RSA yang disandikan dalam 129 digit. Jika hal ini mungkin, pengirim data
hanya perlu menambahkan digit pada kode RSA-nya agar para pemecah kode
membutuhkan waktu yang lebih lama lagi untuk memecahkan kuncinya. Sebagai
gambaran, pemecahan kode RSA 140 (140 digit) akan membutuhkan waktu yang lebih
lama dari umur alam semesta (15 miliar tahun). Namun, jika pemecah kode
menggunakan komputer kuantum, mereka dapat memecahkan kode RSA 140 hanya dalam
waktu beberapa detik. Hal inilah yang membuat waswas para pengguna channel
komunikasi rahasia saat ini untuk melakukan pengiriman data secara aman.
Algoritma Shor adalah contoh lanjutan paradigma
dasar (berapa banyak waktu komputasi diperlukan untuk menemukan faktor bilangan
bulat n-bit?), tapi algoritma ini tampak terisolir dari kebanyakan temuan lain
ilmu informasi quantum. Sekilas, itu cuma seperti trik pemrograman cerdik
dengan signifikansi fundamental yang kecil. Penampilan tersebut menipu; para
periset telah menunjukkan bahwa algoritma Shor bisa ditafsirkan sebagai contoh
prosedur untuk menetapkan level energi sistem quantum, sebuah proses yang
fundamental. Seiring waktu berjalan dan kita mengisi lebih banyak pada peta,
semestinya kian mudah memahami prinsip-prinsip yang mendasari algortima Shor
dan algoritma quantum lainnya dan, kita harap, mengembangkan algoritma baru.
Referensi :
Komentar
Posting Komentar