Teknologi komputerisasi semakin hari semakin berkembang. Mulai bermunculan berbagai konsep dan teknologi komputer yang baru dan canggih menggantikan konsep dan teknologi yang lama. Salah satunya adalah Quantum Computation dan Quantum Computer. Oleh karena itu, kali ini saya akan mencoba menjelaskan mengenai Quantum Computation dan Quantum Computer.
A. Apa Itu Quantum Computation ?
Quantum Computation atau komputasi kuantum adalah bidang studi difokuskan pada teknologi komputer berkembang berdasarkan prinsip-prinsip teori kuantum , yang menjelaskan sifat dan perilaku energi dan materi pada kuantum (atom dan subatom) tingkat. Pengembangan komputer kuantum , jika praktis, akan menandai lompatan maju dalam kemampuan komputasi jauh lebih besar daripada yang dari sempoa ke modern superkomputer , dengan keuntungan kinerja di alam miliar kali lipat dan seterusnya. Komputer kuantum, mengikuti hukum fisika kuantum, akan memperoleh kekuatan pengolahan yang besar melalui kemampuan untuk berada di beberapa negara, dan untuk melakukan tugas-tugas menggunakan semua kemungkinan permutasi secara bersamaan. kini pusat penelitian di komputasi kuantum termasuk MIT, IBM, Oxford University, dan Los Alamos National Laboratory.
Sedangkan teknologi komputer yang menggunakan prinsip-prinsip teori kuantum dikenal dengan komputer kuantum. Komputer kuantum adalah alat hitung yang menggunakan sebuah fenomena mekanika kuantum, misalnya superposisi dan keterkaitan, untuk melakukan operasi data.
Riset bidang komputasi kuantum masih terus berkembang. 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.
B. Entanglement
Disebut sebagai suatu “aksi seram dari jarak jauh” oleh Albert Einstein, Quantum entanglement adalah fenomena mekanika kuantum dimana kuantum menyatakan bahwa dua atau lebih objek harus dideskripsikan dengan referensi antar objek, meskipun objek-objek tersebut tidaklah berkaitan secara spasial. Hal ini mengarah pada korelasi antara atribut fisik objek yang dapat diamati dari suatu sistem. Contohnya, adalah mungkin untuk menyiapkan 2 partikel dalam satu kondisi kuantum seperti ketika yang satu diteliti adalah "spin up" maka yang satunya adalah "spin down" dan begitu pula seterusnya.
Quantum entanglement terjadi ketika partikel seperti foton, elektron, molekul besar seperti buckyballs, dan bahkan berlian kecil berinteraksi secara fisik dan kemudian terpisahkan; jenis interaksi adalah sedemikian rupa sehingga setiap anggota yang dihasilkan dari pasangan benar dijelaskan oleh kuantum mekanik deskripsi yang sama (keadaan yang sama), yang terbatas dalam hal faktor penting seperti posisi, momentum, perputaran, polarisasi, dll
Secara keseluruhan, superposisi kuantum dan Entanglement menciptakan daya komputasi yang sangat ditingkatkan. Dimana sebuah register 2-bit di komputer biasa dapat menyimpan hanya satu dari empat konfigurasi biner (00, 01, 10, atau 11) pada waktu tertentu, register 2-qubit dalam sebuah komputer kuantum dapat menyimpan semua empat nomor secara bersamaan, karena qubit masing-masing mewakili dua nilai. Jika lebih qubit ditambahkan, kapasitas meningkat diperluas secara eksponensial.
C. Pengoperasian Data Qubit
Dalam komputasi kuantum, sebuah qubit atau bit kuantum adalah unit informasi kuantum-analog kuantum bit klasik.
Qubit adalah sebuah sistem kuantum mekanik dua kondisi seperti polarisasi foton tunggal: dalam hal ini dua kondisi tersebut adalah polarisasi vertikal dan polarisasi horizontal. Dalam sistem klasik, bit harus berada dalam satu kondisi atau yang lain, tapi mekanika kuantum memungkinkan qubit berada dalam superposisi dari kedua negara pada saat yang sama, sebuah properti yang fundamental bagi komputasi kuantum.
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.
Pure qubit state adalah superposisi liner dari kedua state tersebut. Lebih jelasnya, sebuah pure qubit state dapat direpresentasikan oleh kombinasi linear dari state|0> dan state |1> : Dengan α dan β adalah amplitudo probabilitas yan dapat berupa angka kompleks. State space dari sebuah qubit secara geometri dapat direpresentasikan Bloch sphere.
Bloch sphere adalah ruang 2 dimensi yang merupakan geometri untuk permukaan bola. Dibandingkan bit konvensional yang hanya dapat beradai di salah satu kutub, Qubit dapat berada dimana saja dalam permukaan bola. Untuk penerapan fisiknya, semua sistem 2 level, selama ukurannya cukup kecil untuk hukum mekanika quantum berlaku. Berbagai jenis implementasi fisik telah dikemukakan, contohnya antara lain: polarisasi cahaya, spin elektron, muatan listrik, dll.
Superposisi quantum adalah inti perbedaan antara qubit dengan bit biasa. Dalam keadaan superposisi, sebuah qubit akan bernilai |0> dan |1> pada saat bersamaan. Menurut interpretasi Copenhagen, bila dilakukan pengukuran terhadap qubit, maka hanya akan muncul satu state saja. State lainnya “kolaps” dalam arti hancur dan tidak mungkin diambil kembali.
Pemanfaatan sifat superposisi qubit ini adalah Paralellisme Quantum. Paralelisme Quantum muncul dari kemampuan quantum register untuk menyimpan superposisi dari base state. Maka setiap operasi pada register berjalan pada semua kemungkinan dari superposisi secara simultan. Karena jumlah state yang mungkin adalah 2n, dengn n adalah jumlah qubit pada quantum register, kita dapat melakukan pada komputer quantum satu kali operasi yang membutuh kan waktu eksponensial pada komputer konvensional. Kelemahan dari metode ini adalah, semakin besar base state yang bersuperposisi, semakin kecil kemungkinan hasil pengukuran dari nilai hasil pengukuran tersebut benar. Kelemahan ini membuat pararellisme quantum tidak berguna bila operasi dilakukan pada nilai yang spesifik. Namun kelemahan ini tidak begitu berpengaruh pada fungsi yang memperhitungkan nilai dari semua input, bukan hanya satu.
D. Quantum Gates
Dalam komputasi kuantum dan khususnya model rangkaian perhitungan kuantum, quantum gates (gerbang logika kuantum) adalah dasar kuantum sirkuit operasi pada sejumlah kecil qubit. Mereka adalah blok bangunan sirkuit kuantum, seperti gerbang logika klasik adalah untuk sirkuit digital konvensional.
Tidak seperti banyak gerbang logika klasik, gerbang logika kuantum bersifat reversibel. Namun, komputasi klasik dapat dilakukan dengan menggunakan hanya gerbang reversibel. Misalnya, gerbang Toffoli reversibel dapat melaksanakan semua fungsi Boolean. Gerbang ini memiliki setara kuantum langsung, menunjukkan bahwa sirkuit kuantum dapat melakukan semua operasi yang dilakukan oleh sirkuit klasik.
Gerbang logika kuantum diwakili oleh matriks kesatuan. Gerbang logika kuantum yang paling umum beroperasi pada ukuran satu atau dua qubit, seperti yang umum gerbang logika klasik 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 sesuai dengan nama pencetusnya, seorang matematikawan Peter Shor, adalah sebuah algoritma kuantum (algoritma yang berjalan pada sebuah komputer kuantum) untuk faktorisasi bilangan bulat dirumuskan pada tahun 1994. Secara informal memecahkan masalah berikut: Diberikan sebuah integer N, dicari faktor primanya.Untuk faktor integer N, algoritma Shor berjalan dalam waktu polinomial (waktu yang dibutuhkan adalah polinomial dalam log N, yang merupakan ukuran input).
Sumber :
http://radhika.blogdetik.com/2011/05/27/komputasi-kuantum/
http://my.opera.com/nduwun/blog/2011/05/27/komputasi-quantum
https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_entanglement
http://en.wikipedia.org/wiki/Qubit?g_q=Qubit
http://chachados.blogspot.com/2013/05/komputasi-kuantum.html?g_q=pengoperasian%20%20data%20qubit
http://id.wikipedia.org/wiki/Komputer_kuantum
http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_gate?g_q=quantum%20gates
http://en.wikipedia.org/wiki/Shor%27s_algorithm
Tidak ada komentar:
Posting Komentar