Pembahasan:
-
Quantum
Computation
-
Entanglement
-
Pengoperasian
data qubit
-
Quantum
Gates
-
Algoritma
Shoi
Quantum Computation (Komputer
Kuantum)
Komputer
kuantum 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.
Ide
mengenai komputer kuantum ini berasal dari beberapa fisikawan antara lain
Charles H. Bennett 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).
Pada
awalnya Feynman mengemukakan idenya mengenai sistem kuantum yang juga dapat
melakukan proses penghitungan. Fenyman juga mengemukakan bahwa sistem ini bisa
menjadi simulator bagi percobaan fisika kuantum.
Selanjutnya
para ilmuwan mulai melakukan riset mengenai sistem kuantum tersebut, mereka
juga berusaha untuk menemukan logika yang sesuai dengan sistem tersebut. Sampai
saat ini telah dikemukaan dua algoritme baru yang bisa digunakan dalam sistem
kuantum yaitu algoritme shor dan algoritme grover.
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, dan
banyak pemerintah nasional dan agensi pendanaan militer mendukung riset
komputer kuantum untuk pengembangannya baik untuk keperluan rakyat maupun
masalah keamanan nasional seperti kriptoanalisis.
Telah
dipercaya dengan sangat luas, bahwa apabila komputer kuantum dalam skala besar
dapat dibuat, maka komputer tersebut dapat menyelesaikan sejumlah masalah lebih
cepat daripada komputer biasa. Komputer kuantum berbeda dengan komputer DNA dan
komputer klasik berbasis transistor, walaupun mungkin komputer jenis tersebut
menggunakan prinsip kuantum mekanik. Sejumlah arsitektur komputasi seperti
komputer optik walaupun menggunakan superposisi klasik dari gelombang
elektromagnetik, namun tanpa sejumlah sumber kuantum mekanik yang spesifik
seperti keterkaitan, maka tak dapat berpotensi memiliki kecepatan komputasi
sebagaimana yang dimiliki oleh komputer kuantum.
Entanglement
Quantum
entanglement adalah salah satu fenomena paling unik di dunia Quantum Fisika.
Fenomena ini memungkinkan dua atom untuk mempunyai properti yang sama atau
berlawanan satu sama lain, tanpa adanya interaksi diantara keduanya. Jadi
meskipun jarak memisahkan dua atom itu, keduanya akan tetap terhubung seketika
seolah ada sinyal yang mampu mempengaruhi keadaan mereka yang bergerak lebih
cepat dari kecepatan cahaya. Agak sulit untuk membayangkan fenomena ini di
dalam kejadian sehari-hari. Namun kita dapat membuat perumpamaan sebagai
berikut.
Misalnya,
kita mempunyai dua buah bola yang mempunyai ukuran sama dan berbentuk sama. Dua
buah bola ini, kemudian di entangle-kan sehingga satu bola berputar searah
jarum jam dan bola satunya berputar sebaliknya. Kemudian, seorang astronot yang
akan dikirim ke Mars mengambil salah satu bola itu untuk ditempatkan di Koloni
mereka. Sesampainya di Mars, bola itu ditempatkan di sebuah ruangan hampa di
sebuah bunker di bawah permukaan Mars. Sehingga tidak mungkin ada sinyal atau
sistem komunikasi yang mampu mempengaruhi keadaan bola itu dari jauh. Bola yang
di bumi, katakanlah yang berputar searah jarum jam, dibalik arah putarannya
sehingga berlawanan arah jarum jam. Maka, bola yang ada di Mars seketika itu
juga (tanpa ada jeda waktu) akan berputar menjadi searah jarum jam.
Einstein
menolak keras adanya Quantum Entanglement ini, walaupun persamaan matematika
yang ia buat menunjukan dengan sangat tepat keberadaannya. Dia percaya bahawa
Quantum Entanglement terjadi karena dua buah atom yang entangle pastilah
mempunyai mempunyai sebuah variabel yang sama. Jadi meskipun jarak memisahkan,
variable itu tetaplah terikat diantara kedua atom tersebut. Tapi nyatanya,
tidak ada variable itu, tidak ada sistem komunikasi diantaranya, dan tidak
mungkin terjadi interaksi karena dua buah partikel dapat ber-entangle secara
seketika walaupun dipisahkan jarak yang sangat jauh. Jika ada sistem komunikasi
diantara dua buah partikel, maka sistem komunikasi itu pastilah terjadi dalam
kecepatan yang melebihi kecepatan cahaya. Sampai saat ini, kecepatan seperti
itu belumlah ditemukan, dan mungkin tidak akan pernah ada.
Pengoperasian data qubit
Sebuah qubit
adalah unit dasar informasi dalam sebuah komputer kuantum. Sementara sedikit
dapat mewakili hanya satu dari dua kemungkinan seperti 0 / 1, ya / tidak, qubit
dapat mewakili lebih: 0 / 1, 1 dan 0, probabilitas terjadinya setiap saat
dikombinasikan dengan qubit lebih, dan semua yang secara bersamaan. Secara umum
komputer kuantum dengan qubit n bisa dalam superposisi sewenang-wenang hingga 2
n negara bagian yang berbeda secara bersamaan (ini dibandingkan dengan komputer
normal yang hanya dapat di salah satu negara n 2 pada satu waktu).
Untuk
memanipulasi sebuah qubit, maka menggunakan Quantum Gates (Gerbang Kuantum).
Cara kerjanya yaitu sebuah gerbang kuantum bekerja mirip dengan gerbang logika
klasik. Gerbang logika klasik mengambil bit sebagai input, mengevaluasi dan
memproses input dan menghasilkan bit baru sebagai output.
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.
Algoritma Shor
Algoritma yang ditemukan oleh Peter Shor pada
tahun 1995. Dengan menggunakan algoritma ini, sebuah komputer kuantum dapat
memecahkan sebuah kode rahasia yang saat ini secara umum digunakan untuk mengamankan
pengiriman data. Kode yang disebut kode RSA ini, 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.
Algoritma Shor bergantung pada hasil dari teori
bilangan. Hasil ini adalah: fungsi periodik. Dalam konteks algoritma Shor, n
akan menjadi bilangan yang akan difaktorkan. Jika dua bilangan tersebut adalah
coprime itu berarti bahwa pembagi umumnya adalah 1. Perhitungan fungsi ini
untuk jumlah eksponensial, dari itu akan mengambil waktu eksponensial pada
komputer klasik. Algoritma Shor memanfaatkan paralelisme kuantum untuk
melakukan jumlah eksponensial operasi dalam satu langkah.
