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 bersamaa. Kini pusat penelitian di komputasi kuantum termasuk
MIT, IBM, Oxford University, dan Los Alamos National Laboratory.
Pengoperasian Data
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.
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. Sebagaimana ditunjukkan pada Algoritma Shor.
Quantum Gate
Dalam komputasi kuantum dan khusus kuantum sirkuit model
komputasi, gerbang kuantum (atau Gerbang logika kuantum) adalah rangkaian dasar
kuantum yang beroperasi di sejumlah kecil qubits. Mereka adalah blok bangunan
dari kuantum sirkuit, seperti gerbang logik klasik sirkuit digital
konvensional.
Tidak seperti logika klasik pintu gerbang pada umumnya, logika
kuantum bersifat reversibel. Namun, komputasi klasik hanya dapat dilakukan
dengan menggunakan gerbang reversibel. Sebagai contoh, gerbang Toffoli
reversibel dapat melaksanakan semua fungsi Boolean. Gerbang ini memiliki
penyetaraan kuantum secara langsung, menampilkan bahwa sirkuit kuantum dapat
melakukan semua operasi yang dilakukan oleh sirkuit klasik.
Gerbang logik kuantum yang diwakili oleh kesatuan matriks.
Gerbang kuantum yang paling umum beroperasi pada ruang dari satu atau dua
qubits, seperti Gerbang logika klasik umum beroperasi pada satu atau dua bit.
Ini berarti bahwa sebagai matriks, gerbang kuantum dapat dijelaskan oleh 2 × 2
atau 4 × 4 kesatuan matriks.
Algoritma Shor
Algoritma Shor merupakan sebuah metode yang dikembangkan tahun
1994 oleh ilmuwan AT&T Peter Shor untuk menggunakan komputer kuantum
yang futuristis untuk menemukan faktor-faktor dari sebuah bilangan.
Bilangan-bilangan yang diperkalikan satu dengan yang lain untuk
memperoleh bilangan asli. Saat ini, pemfaktoran (factoring)
sebuah bilangan besar masih terlalu sulit bagi komputer konvensional meskipun
begitu mudah untuk diverifikasi. Itulah sebabnya pemfaktoran bilangan
besar ini banyak digunakan dalam metode kriptografi untuk melindungi data.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar