Pengantar Quantum Computation

Pengantar Quantum Computation

Mata Kuliah  : Pengantar Komputasi Modern #

Kelas : 4IA21

Dosen : Natallios Peter Sipasulta

Anggota Kelompok :

- Dany Permadi                       51415593

- Dimas Mulia Putranto           51415930

- Johan Alim                            53415579

- M Prasetyo Nugroho                        53415941

- Widianto Saputro                 57415131

- Yuda Aditya Pangestu         57415303

A. Pendahuluan

Sebelum membahas tentang pengertian Quantum Computation, terlebih dahulu dibahas adalah mengenai sejarahnya. Bermula pada tahun 1970-an pencetusan atau ide tentang komputer kuantum pertama kali muncul oleh para fisikawan dan ilmuwan komputer, seperti 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).

Feynman dari California Institute of Technology yang pertama kali mengajukan dan menunjukkan model bahwa sebuah sistem kuantum dapat digunakan untuk melakukan komputasi. Feynman juga menunjukkan bagaimana sistem tersebut dapat menjadi simulator bagi fisika kuantum.

Pada tahun 1985, Deutsch menyadari esensi dari komputasi oleh sebuah komputer kuantum 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 di seluruh dunia. Berbagai metode dikembangkan untuk memungkinkan terwujudnya sebuah komputer yang memilki kemampuan yang luar biasa ini. Sejauh ini, sebuah komputer kuantum yang telah dibangun hanya dapat mencapai kemampuan untuk memfaktorkan dua digit bilangan. Komputer kuantum ini dibangun pada tahun 1998 di Los Alamos, Amerika Serikat, menggunakan NMR (Nuclear Magnetic Resonance).

Quantum Computation merupakan alat hitung yang menggunakan mekanika kuantum seperti superposisi dan keterkaitan, yang digunakan untuk peng-operasi-an data. 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.

Quantum Computer dapat memproses jauh lebih cepat dari pada komputer konvensional. Pada dasarnya, quantum computer dapat memproses secara paralel, sehingga berkomputasi jauh lebih cepat. Quantum Computer dapat jauh lebih cepat dari komputer konvensional pada banyak masalah, salah satunya yaitu masalah yang memiliki sifat berikut:

• Satu-satunya cara adalah menebak dan mengecek jawabannya berkali-kali
• Terdapat n jumlah jawaban yang mungkin
• Setiap kemungkinan jawaban membutuhkan waktu yang sama untuk mengeceknya
• Tidak ada petunjuk jawaban mana yang kemungkinan benarnya lebih besar: memberi jawaban dengan asal tidak berbeda dengan mengeceknya dengan urutan tertentu.

Tentang quantum gates dan algoritma shor , Algoritma Shor didasarkan dari sebuah teori bilangan: fungsi F(a) = xamod n adalah feungsi periodik jika x adalah bilangan bulat yang relatif prima dengan n. Dalam Algoritma Shor, n akan menjadi bilangan bulat yang hendak difaktorkan. Menghitung fungsi ini di komputer konvensional untuk jumlah yang eksponensial akan membutuhkan waktu eksponensial pula. Pada masalah ini algoritma quantum shor memanfaatkan pararellisme quantum untuk melakukannya hanya dengan satu langkah. Karena F(A) adalah fungsi periodik, maka fungsi ini memiliki sebuah periode r. Diketahui x0mod n = 1, maka xr mod n =1, begitu juga x2r mod n dan seterusnya.

B. Entanglement

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 spasia. 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,

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

Qubit (Kuantum Bit) merupakan mitra dalam komputasi kuantum dengan digit biner atau bit dari komputasi klasik. Qubit adalah unit dasar informasi dalam komputer kuantum. Dalam komputer kuantum, sejumlah partikel elemental seperti elektron atau foton dapat digunakan, baik dengan biaya maupun polarisasi yang bertindak sebagai representasi dari 0 dan/atau 1. Setiap partikel-partikel ini dikenal sebagai qubit. Sifat dan perilaku partikel-partikel ini membentuk dasar dari komputasi kuantum.

Bit digambarkan oleh status 0 atau 1. Begitu pula dengan qubit yang digambarkan oleh status quantum. Dua status quantum yang 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 atau disebut dengan superposisi yang menjerat kedua status hingga derajat bermacam-macam.

D. Quantum Gates

Quantum Gates adalah sebuah gerbang kuantum yang dimana berfungsi mengoperasikan bit yang terdiri dari 0 dan 1 menjadi qubits. dengan demikian Quantum gates mempercepat banyaknya perhitungan bit pada waktu bersamaan. Quantum Gates adalah blok bangunan sirkuit kuantum, seperti klasik gerbang logika yang untuk sirkuit digital konvensional.

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.

Quantum Logic Gates, Prosedur berikut menunjukkan bagaimana cara untuk membuat sirkuit reversibel yang mensimulasikan dan sirkuit ireversibel sementara untuk membuat penghematan yang besar dalam jumlah ancillae yang digunakan.

• Pertama mensimulasikan gerbang di babak pertama tingkat.
• Jauhkan hasil gerbang di tingkat d / 2 secara terpisah.
• Bersihkan bit ancillae.
• Gunakan mereka untuk mensimulasikan gerbang di babak kedua tingkat.
• Setelah menghitung output, membersihkan bit ancillae.
• Bersihkan hasil tingkat d / 2.

Sekarang kita telah melihat gerbang reversibel ireversibel klasik dan klasik, memiliki konteks yang lebih baik untuk menghargai fungsi dari gerbang kuantum. Sama seperti setiap perhitungan klasik dapat dipecah menjadi urutan klasik gerbang logika yang bertindak hanya pada bit klasik pada satu waktu, sehingga juga bisa setiap kuantum perhitungan dapat dipecah menjadi urutan gerbang logika kuantum yang bekerja pada hanya beberapa qubit pada suatu waktu. Perbedaan utama adalah bahwa gerbang logika klasik memanipulasi nilai bit klasik, 0 atau 1, gerbang kuantum dapat sewenang-wenang memanipulasi nilai kuantum multi-partite termasuk superposisi dari komputasi dasar yang juga dilibatkan. Jadi gerbang logika kuantum perhitungannya jauh lebih bervariasi daripada gerbang logika perhitungan klasik.

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.

Tidak seperti banyak gerbang logika klasik, logika kuantum gerbang reversibel . Namun, adalah mungkin untuk melakukan komputasi klasik menggunakan gerbang hanya reversibel. Sebagai contoh, reversibel gerbang Toffoli dapat melaksanakan semua fungsi Boolean. Gerbang ini memiliki setara kuantum langsung, menunjukkan bahwa sirkuit kuantum dapat melakukan semua operasi yang dilakukan oleh sirkuit klasik.

Quantum gerbang logika yang diwakili oleh matriks kesatuan . Gerbang kuantum yang paling umum beroperasi pada ruang satu atau dua qubit, seperti biasa klasik gerbang logika 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 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

Sebagai contoh  Algoritma Shor yang paling sederhana adalah menemukan faktor-faktor untuk  bilangan  15,  di mana membutuhkan sebuah komputer kuantum dengan tujuh qubit.  Para  ahli  kimia mendesain dan menciptakan sebuah molekul yang memiliki tujuh putaran nukleus. Nukleus dari lima atom fluorin dan dua atom karbon yang dapat berinteraksi satu dengan yang lain sebagai qubit, dapat diprogram dengan menggunakan denyut-denyut  frekuensi radio dan dapat dideteksi melalui peralatan resonansi  magnetis nuklir (nuclear magnetic resonance, atau NMR) yang mirip dengan yang banyak digunakan di rumah-rumah sakit dan laboratorium-laboratorium kimia.

Para  ilmuwan IBM mengontrol sebuah tabung kecil (vial) yang berisikan satu miliar-miliar  (10 pangkat 18) dari molekul-molekul ini untuk mengeksekusi algoritma Shor dan mengidentifikasikan secara tepat 3 dan 5 sebagai faktor 15.  Meskipun jawaban  ini  mungkin kelihatan sangat sepele, kontrol yang dibutuhkan untuk  mengatur  tujuh  putaran  dalam kalkulasi ini menjadikan komputasi kuantum  ini  komputasi yang paling rumit yang pernah dijalankan hingga saat ini.

Kemajuan teknologi dibidang komputer semakin cepat, processor yang ada pada saat ini hampir mencapai perkembangan yang maksimal, sehingga jumlah transistor yang ditanamkan pada sebuah processor semakin padat. Maka dari itu, para ilmuan mengembangkan teknologi baru bernama quantum computing, dengan adanya quantum computing ini, kecepatan komputer bisa beberapa kali lipat dari komputer digital biasa, sehingga quantum computing bisa dibilang merupakan sebuah teknologi masa depan di dunia teknologi komputer

Referensi :

[1] Faza, Septiana.2016.Pengantar Quantum Computation.Diambil dari: http://septianza.blogspot.com/2016/05/pengantar-quantum-computation.html.(19 mei 2019 jam 11:30 WIB).

[2] Alfianita, Ulfa.2016. Pengoperasian data qubit.dari: http://ulfalfianita.blogspot.com/2016/04/pengoprasian-data-qubit-quantum-gates.html. (19 mei 2019 jam 11:30 WIB).

[3] Abraham Yoseph, Timothy.2016.Quantum gates.Diambil dari: http://timothyayoseph.blogspot.com/2016/05/quantum-gates.html.(19 mei  2019 jam 11:30 WIB).

Cloud Computing

1. Pendahuluan

Komputasi awan (cloud computing) adalah gabungan pemanfaatan teknologi komputer ('komputasi') dan pengembangan berbasis Internet ('awan'). Awan (cloud) adalah metafora dari internet, sebagaimana awan yang sering digambarkan di diagram jaringan komputer. Sebagaimana awan dalam diagram jaringan komputer tersebut, awan (cloud) dalam Cloud Computing juga merupakan abstraksi dari infrastruktur kompleks yang disembunyikannya. Ia adalah suatu metoda komputasi di mana kapabilitas terkait teknologi informasi disajikan sebagai suatu layanan (as a service), sehingga pengguna dapat mengaksesnya lewat Internet("di dalam awan") tanpa mengetahui apa yang ada didalamnya, ahli dengannya, atau memiliki kendali terhadap infrastruktur teknologi yang membantunya. Menurut sebuah makalah tahun 2008 yang dipublikasi IEEE Internet Computing "Cloud Computing adalah suatu paradigma di mana informasi secara permanen tersimpan di server di internet dan tersimpan secara sementara di komputer pengguna (client) termasuk di dalamnya adalah desktop, komputer tablet, notebook, komputer tembok, handheld, sensor-sensor, monitor dan lain-lain."

Komputasi awan adalah suatu konsep umum yang mencakup SaaS, Web 2.0, dan tren teknologi terbaru lain yang dikenal luas, dengan tema umum berupa ketergantungan terhadap Internet untuk memberikan kebutuhan komputasi pengguna. Sebagai contoh, Google Apps menyediakan aplikasi bisnis umum secara daring yang diakses melalui suatu penjelajah web dengan perangkat lunak dan data yang tersimpan di server. Komputasi awan saat ini merupakan trend teknologi terbaru, dan contoh bentuk pengembangan dari teknologi Cloud Computing ini adalah iCloud.

1.      Manfaat Cloud Computing

·         Skalabilitas, yaitu dengan cloud computing kita bisa menambah kapasitas penyimpanan data kita tanpa harus membeli peralatan tambahan, misalnya hardisk dll. Kita cukup menambah kapasitas yang disediakan oleh penyedia layanan cloud computing.

·         Aksesibilitas, yaitu kita bisa mengakses data kapanpun dan dimanapun kita berada, asal kita terkoneksi dengan internet, sehingga memudahkan kita mengakses data disaat yang penting.

·         Keamanan, yaitu data kita bisa terjamin keamanan nya oleh penyedia layanan cloud computing, sehingga bagi perusahaan yang berbasis IT, data bisa disimpan secara aman di penyedia cloud computing. Itu juga mengurangi biaya yang diperlukan untuk mengamankan data perusahaan.

·         Kreasi, yaitu para user bisa melakukan/mengembangkan kreasi atau project mereka tanpa harus mengirimkan project mereka secara langsung ke perusahaan, tapi user bisa mengirimkan nya lewat penyedia layanan cloud computing.

·         Kecemasan, ketika terjadi bencana alam data milik kita tersimpan aman di cloud meskipun hardisk atau gadget kita rusak.

2.      Cara Kerja Cloud Computing

Berikut merupakan cara kerja penyimpanan data dan replikasi data pada pemanfaatan teknologi cloud computing. Dengan Cloud Computing komputer lokal tidak lagi harus menjalankan pekerjaan komputasi berat untuk menjalankan aplikasi yang dibutuhkan, tidak perlu menginstal sebuah paket perangkat lunak untuk setiap komputer, kita hanya melakukan installasi operating system pada satu aplikasi. Jaringan komputer yang membentuk awan (internet) menangani mereka sebagai gantinya. Server ini yang akan menjalankan semuanya aplikasi mulai dari e-mail, pengolah kata, sampai program analisis data yang kompleks. Ketika pengguna mengakses awan (internet) untuk sebuah website populer, banyak hal yang bisa terjadi. Pengguna Internet Protokol (IP) misalnya dapat digunakan untuk menetapkan dimana pengguna berada (geolocation). Domain Name System (DNS) jasa kemudian dapat mengarahkan pengguna ke sebuah cluster server yang dekat dengan pengguna sehingga situs bisa diakses dengan cepat dan dalam bahasa lokal mereka. Pengguna tidak login ke server, tetapi mereka login ke layanan mereka menggunakan id sesi atau cookie yang telah didapatkan yang disimpan dalam browser mereka. Apa yang user lihat pada browser biasanya datang dari web server. Webserver menjalankan perangkat lunak dan menyajikan pengguna dengan cara interface yang digunakan untuk mengumpulkan perintah atau instruksi dari pengguna (klik, mengetik, upload dan lain-lain) Perintah-perintah ini kemudian diinterpretasikan oleh webserver atau diproses oleh server aplikasi. Informasi kemudian disimpan pada atau diambil dari database server atau file server dan pengguna kemudian disajikan dengan halaman yang telah diperbarui. Data di beberapa server disinkronisasikan di seluruh dunia untuk akses global cepat dan juga untuk mencegah kehilangan data.

Web service telah memberikan mekanisme umum untuk pengiriman layanan, hal ini membuat service-oriented architecture (SOA) ideal untuk diterapkan. Tujuan dari SOA adalah untuk mengatasi persyaratan yang bebas digabungkan, berbasis standar, dan protocol-independent distributed computing. Dalam SOA, sumber daya perangkat lunak yang dikemas sebagai "layanan," yang terdefinisi dengan baik, modul mandiri yang menyediakan fungsionalitas bisnis standar dan konteks jasa lainnya. Kematangan web service telah memungkinkan penciptaan layanan yang kuat yang dapat diakses berdasarkan permintaan, dengan cara yang seragam.

3.      Contoh Cloud Computing

·         Google Drive

Google Drive adalah layanan penyimpanan online yang dimiliki Google. Google Drive diluncurkan pada tanggal 24 April 2012. Sebenarnya Google Drive merupakan pengembangan dari Google Docs. Google Drive memberikan kapasitas penyimpanan sebesar 5GB kepada setiap penggunanya. Kapasitas tersebut dapat ditambahkan dengan melakukan pembayaran atau pembelian Storage. Penyimpanan file di Google Drive dapat memudahkan pemilik file dapat mengakses file tersebut kapanpun dan dimanapun dengan menggunakan komputer desktop, laptop, komputer tablet ataupun smartphone. File tersebut juga dapat dengan mudah dibagikan dengan orang lain untuk berbagi pakai ataupun melakukan kolaborasi dalam pengeditan.

·         Windows Azure

Windows Azure adalah sistem operasi yang berbasis komputasi awan, dibuat oleh Microsoft untuk mengembangkan dan mengatur aplikasi serta melayani sebuah jaringan global dari Microsoft Data Centers. Windows Azure yang mendukung berbagai macam bahasa dan alat pemograman. Sistem operasi ini dirilis pada 1 Februari 2010.

2. Pengantar Komputasi GRID

Komputasi Grid adalah penggunaan sumber daya yang melibatkan banyak komputer yang terdistribusi dan terpisah secara geografis untuk memecahkan persoalan komputasi dalam skala besar.

Grid computing merupakan cabang dari distributed computing. Grid komputer memiliki perbedaan yang lebih menonjol dan di terapakan pada sisi infrastruktur dari penyelesaian suatu proses. Grid computing adalah suatu bentuk cluster (gabungan) komputer-komputer yang cenderung tak terikat batasan geografi. Di sisi lain, cluster selalu diimplementasikan dalam satu tempat dengan menggabungkan banyak komputer lewat jaringan.

Ide awal komputasi grid dimulai dengan adanya distributed computing, yaitu mempelajari penggunaan komputer terkoordinasi yang secara fisik terpisah atau terdistribusi. Sistem terdistribusi membutuhkan aplikasi yang berbeda dengan sistem terpusat. Kemudian berkembang lagi menjadi parallel computing yang merupakan teknik komputasi secara bersamaan dengan memanfaatkan beberapa komputer secara bersamaan.

Grid computing menawarkan solusi komputasi yang murah, yaitu dengan memanfaatkan sumber daya yang tersebar dan heterogen serta pengaksesan yang mudah dari mana saja. Globus Toolkit adalah sekumpulan perangkat lunak dan pustaka pembuatan lingkungan komputasi grid yang bersifat open-source. Dengan adanya lingkungan komputasi grid ini diharapkan mempermudah dan mengoptimalkan eksekusi program-program yang menggunakan pustaka paralel. Dan Indonesia sudah menggunakan sistem Grid dan diberi nama InGrid (Inherent Grid). Sistem komputasi grid mulai beroperasi pada bulam Maret 2007 dan terus dikembangkan sampai saat ini. InGrid ini menghubungkan beberapa perguruan tinggi negeri dan swasta yang tersebar di seluruh Indonesia dan beberapa instansi pemerintahan seperti Badan Meteorologi dan Geofisika.

1.      Konsep Grid Computing

Beberapa konsep dasar dari grid computing :

·        Sumber daya dikelola dan dikendalikan secara lokal.

·        Sumber daya berbeda dapat mempunyai kebijakan dan mekanisme berbeda, mencakup Sumber daya komputasi dikelola oleh sistem batch berbeda, Sistem storage berbeda pada node berbeda, Kebijakan berbeda dipercayakan kepada user yang sama pada sumber daya berbeda pada Grid.

·        Sifat alami dinamis: Sumber daya dan pengguna dapat sering berubah

·        Lingkungan kolaboratif bagi e-community (komunitas elektronik, di internet)

·        Tiga hal yang dibagi dalam sebuah sistem grid, antara lain : Resource, Network dan Proses. Kegunaan / layanan dari sistem grid sendiri adalah untuk melakukan high throughput computing dibidang penelitian, ataupun proses komputasi lain yang memerlukan banyak resource komputer. 

2.      Cara Kerja Grid Computing

Menurut tulisan singkat oleh Ian Foster ada check-list yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi bahwa suatu sistem melakukan komputasi grid yaitu :

·        Sistem tersebut melakukan koordinasi terhadap sumberdaya komputasi yang tidak berada dibawah suatu kendali terpusat. Seandainya sumber daya yang digunakan berada dalam satu cakupan domain administratif, maka komputasi tersebut belum dapat dikatakan komputasi grid.

·        Sistem tersebut menggunakan standard dan protokol yang bersifat terbuka (tidak terpaut pada suatu implementasi atau produk tertentu). Komputasi grid disusun dari kesepakatan-kesepakatan terhadap masalah yang fundamental, dibutuhkan untuk mewujudkan komputasi bersama dalam skala besar. Kesepakatan dan standar yang dibutuhkan adalah dalam bidang autentikasi, otorisasi, pencarian sumberdaya, dan akses terhadap sumber daya.

·        Sistem tersebut berusaha untuk mencapai kualitas layanan yang canggih, (nontrivial quality of service) yang jauh diatas kualitas layanan komponen individu dari komputasi grid tersebut.

3.      Kelebihan & Kekurangan Grid Computing

Penggunaan Grid Computing System untuk perusahaan-perusahaan akan banyak memberikan manfaat, baik manfaat secara langsung maupun tidak langsung. Beberapa manfaat tersebut antara lain :

·        Grid computing menjanjikan peningkatan utilitas, dan fleksibilitas yang lebih besar untuk sumber daya infrastruktur, aplikasi dan informasi. Dan juga menjanjikan peningkatan produktivitas kerja perusahaan.

·        Grid computing bisa memberi penghematan uang, baik dari sisi investasi modal maupun operating cost–nya.

Dan beberapa hambatan yang dialami oleh masyarakat Indonesia dalam mengaplikasikan teknologi grid computing adalah sebagai berikut :

·        Manajemen institusi yang terlalu birokratis menyebabkan mereka enggan untuk merelakan fasilitas yang dimiliki untuk digunakan secara bersama agar mendapatkan manfaat yan lebih besar bagi masyarakat luas.

·        Masih sedikitnya SDM yang kompeten dalam mengelola grid computing. Contohnya kurangnya pengetahuan yang mencukupi bagi teknisi IT maupun user non teknisi mengenai manfaat dari grid computing itu sendiri.

4.      Contoh Grid Computing

·         Scientific Simulation

Komputasi grid diimplementasikan di bidang fisika, kimia, dan biologi untuk melakukan simulasi terhadap proses yang kompleks.

·         Medical Images

Penggunaan data grid dan komputasi grid untuk menyimpan medical-image. Contohnya adalah eDiaMoND project.

·         Computer-Aided Drug Discovery (CADD)

Komputasi grid digunakan untuk membantu penemuan obat. Salah satu contohnya adalah : Molecular Modeling Laboratory (MML) di University of North Carolina (UNC).

·         Big Science

Data grid dan komputasi grid digunakan untuk membantu proyek laboratorium yang disponsori oleh pemerintah Contohnya terdapat di DEISA.

·         E-Learning

Komputasi grid membantu membangun infrastruktur untuk memenuhi kebutuhan dalam pertukaran informasi dibidang pendidikan. Contohnya adalah AccessGrid.

3. VIRTUALISASI

Pengertian Virtualisasi

Virtualisasi bisa diartikan sebagai pembuatan suatu bentuk atau versi virtual dari sesuatu yang bersifat fisik, misalnya sistem operasi,  perangkat storage dan sumber daya jaringan. Virtualisasi bisa diimplementasikan kedalam berbagai bentuk, antara lain:

1)      Network Virtualization                 : VLAN, Virtual IP (Unclustering), Multilink

2)      Memory Virtualization                  : Memory pooling

3)      Application Virtualization            : Emulator

4)      Storage Virtualization                   : RAID, LVM

5)      Platform Virtualization                 : Virtual computer

Keuntungan Virtualisasi

Penggunaan virtualisai pada infrastruktur IT kita dapat memberikan keuntungan-keuntungan yang dapat mempermudah segala jenis kegiatan. Berikut keuntungan dari virtualisasi:

1)      Pengurangan Biaya Investasi Hardware. Investasi hardware dapat ditekan lebih rendah karena virtualisasi hanya mendayagunakan kapasitas yang sudah ada. Tak perlu ada penambahan perangkat komputer, server dan pheriperal secara fisik. Kalaupun ada penambahan kapasitas harddisk dan memori, itu lebih ditujukan untuk mendukung stabilitas kerja komputer induk, yang jika dihitung secara finansial, masih jauh lebih hemat dibandingkan investasi hardware baru.

2)      Kemudahan Backup & Recovery. Server-server yang dijalankan didalam sebuah mesin virtual dapat disimpan dalam 1 buah image yang berisi seluruh konfigurasi sistem. Jika satu saat server tersebut crash, kita tidak perlu melakukan instalasi dan konfigurasi ulang. Cukup mengambil salinan image yang sudah disimpan, me-restore data hasil backup terakhir dan server berjalan seperti sedia kala. Hemat waktu, tenaga dan sumber daya.

3)      Kemudahan Deployment. Server virtual dapat dikloning sebanyak mungkin dan dapat dijalankan pada mesin lain dengan mengubah sedikit konfigurasi. Mengurangi beban kerja para staff IT dan mempercepat proses implementasi suatu sistem.

4)      Mengurangi Panas. Berkurangnya jumlah perangkat otomatis mengurangi panasnya ruang server/data center. Ini akan berimbas pada pengurangan biaya pendinginan/AC dan pada akhirnya mengurangi biaya penggunaan listrik.

5)      Mengurangi Biaya Space. Semakin sedikit jumlah server berarti semakin sedikit pula ruang untuk menyimpan perangkat. Jika server ditempatkan pada suatu co-location server/data center, ini akan berimbas pada pengurangan biaya sewa.

6)      Kemudahan Maintenance & Pengelolaan. Jumlah server yang lebih sedikit otomatis akan mengurangi waktu dan biaya untuk mengelola. Jumlah server yang lebih sedikit juga berarti lebih sedikit jumlah server yang harus ditangani.

7)      Standarisasi Hardware. Virtualisasi melakukan emulasi dan enkapsulasi hardware sehingga proses pengenalan dan pemindahan suatu spesifikasi hardware tertentu tidak menjadi masalah. Sistem tidak perlu melakukan deteksi ulang hardware sebagaimana instalasi pada sistem/komputer fisik.

8)      Kemudahan Replacement. Proses penggantian dan upgrade spesifikasi server lebih mudah dilakukan. Jika server induk sudah overload dan spesifikasinya tidak mencukupi lagi, kita bisa dengan mudah melakukan upgrade spesifikasi atau memindahkan virtual machine ke server lain yang lebih powerful.

Kerugian Virtualisasi

Tidak hanya keuntungan, virtualisasi juga memiliki beberapa kerugian yang harus dipertimbangkan seperti:

1)      Satu Pusat Masalah. Virtualisasi bisa dianalogikan dengan menempatkan semua telur di dalam 1 keranjang. Ini artinya jika server induk bermasalah, semua sistem virtual machine di dalamnya tidak bisa digunakan. Hal ini bisa diantisipasi dengan menyediakan fasilitas backup secara otomatis dan periodik atau dengan menerapkan prinsip fail over/clustering.

2)      Spesifikasi Hardware. Virtualisasi membutuhkan spesifikasi server yang lebih tinggi untuk menjalankan server induk dan mesin virtual didalamnya.

3)      Satu Pusat Serangan. Penempatan semua server dalam satu komputer akan menjadikannya sebagai target serangan. Jika hacker mampu menerobos masuk kedalam sistem induk, ada kemungkinan ia mampu menyusup kedalam server-server virtual dengan cara menggunakan informasi yang ada pada server induk.

4. DISTRIBUTED COMPUTATION DALAM CLOUD COMPUTING

Secara sederhana, distributed computing dapat diartikan sebagai suatu teknologi yang dapat memecahkan suatu masalah besar ke dalam proses-proses kecil ke banyak komputer untuk kemudian proses kecil itu dipecahkan secara simultan dan apabila sudah didapatkan solusi-solusi kecil maka disatukan kembali dalam satu solusi yang besar dan terintegrasi.

Distributed computing mengacu pada penggunaan sistem terdistribusi untuk memecahkan masalah komputasi. Dalam distributed computing, masalah dibagi menjadi banyak tugas, masing-masing yang diselesaikan oleh satu komputer. Komputer yang saling berinteraksi untuk mencapai tujuan bersama. Sebuah sistem terdistribusi terdiri dari beberapa komputer otonom yang berkomunikasi melalui jaringan komputer.

Kegiatan ini merupakan kumpulan beberapa komputer yang terhubung untuk melakukan pendistribusian, seperti mengirim dan menerima data serta melakukan interaksi lain antar computer yang dimana membutuhkan sebuah jaringan agar komputer satu dan lainnya bisa saling berhubung dan melakukan interaksi. Hal ini semua dilakukan dengan cloud computing yang seperti kita ketahui memberikan layanan dimana informasinya disimpan di server secara permanen dan disimpan di computer client secara temporary.

5. MAP REDUCE

Pengertian MapReduce

MapReduce merupakan sebuah konsep dimana data yang kontinyu dipecah menjadi bagian data / komponen data kecil dan didistribusikan melalui mesin-mesin yang terhubung secara cluster. Bisa dibilang map reduce merupakan sebuah framework yang digunakan untuk mempercepat proses pengolahan data pada konsep cloud computing. Dalam memproses data, MapReduce dibagi menjadi 2 proses utama, yaitu Map dan Reduce. Proses Map bertugas untuk mengumpulkan informasi dari potongan-potongan data yang terditribusi dalam tiap komputer dalam cluster (kelompok komputer yang saling terhubung). Hasilnya deserahkan kepada proses Reduce untuk diproses lebih lanjut. Hasil proses Reduce merupakan hasil akhir yang dikirim ke pengguna.

Salah satu contoh penerapan nyata map-reduce ini dalam suatu produk adalah yang dilakukan Google. Dengan inspirasi dari functional programming map dan reduce Google bisa menghasilkan filesystem distributed yang sangat scalable yaitu Google Big Table.

Desain dan Struktur MapReduce

Untuk memproses sebuah data raksasa, data itu harus dipotong-potong kemudian dibagi-bagikan ke tiap komputer dalam suatu cluster. Lalu proses Map dan proses Reduce pun harus dibagi-bagikan ke tiap komputer dan dijalankan secara paralel. Kemudian hasil akhirnya juga disimpan secara terdistribusi.

MapReduce telah didesain sangat sederhana alias simple. Untuk menggunakan MapReduce, seorang programer cukup membuat dua program yaitu program yang memuat kalkulasi atau prosedur yang akan dilakukan oleh proses Map dan Reduce. Jadi tidak perlu pusing memikirkan bagaimana memotong-motong data untuk dibagi-bagikan kepada tiap komputer, dan memprosesnya secara paralel kemudian mengumpulkannya kembali. Semua proses ini akan dikerjakan secara otomatis oleh MapReduce yang dijalankan diatas Google File System.

Program yang memuat kalkulasi yang akan dilakukan dalam proses Map disebut Fungsi Map, dan yang memuat kalkulasi yang akan dikerjakan oleh proses Reduce disebut Fungsi Reduce. Jadi, seorang programmer yang akan menjalankan MapReduce harus membuat program Fungsi Map dan Fungsi Reduce.

Fungsi Map bertugas untuk membaca input dalam bentuk pasangan Key/Value, lalu menghasilkan output berupa pasangan Key/Value juga. Pasangan Key/Value hasil fungsi Map ini disebut pasangan Key/Value intermediate. Kemudian, fungsi Reduce akan membaca pasangan Key/Value intermediate hasil fungsi Map, dan menggabungkan atau mengelompokkannya berdasarkan Key tersebut. Lain katanya, tiap Value yang memiliki Key yang sama akan digabungkan dalam satu kelompok. Fungsi Reduce juga menghasilkan output berupa pasangan Key/Value.

6. MAP REDUCE DAN NOT ONLY SQL

Database NoSQL dibuat dengan tujuan khusus untuk model data spesifik dan memiliki skema fleksibel untuk membuat aplikasi modern. Database NoSQL dikenal secara luas karena kemudahan pengembangan, fungsionalitas, dan kinerja dalam berbagai skala. Database NoSQL menggunakan berbagai model data, termasuk dokumen, grafik, nilai kunci, dalam memori, dan pencarian. Halaman ini termasuk sumber daya untuk membantu Anda memahami lebih baik database NoSQL dan mulai menggunakannya. Pertimbangkan contoh pemodelan skema untuk database buku sederhana:

Dalam database relasional, catatan buku sering diselubungkan (atau "dinormalkan") dan disimpan dalam tabel terpisah, dan hubungan ditetapkan dengan pembatasan kunci primary dan foreign. Dalam contoh ini, tabel Buku memiliki kolom untuk ISBN, Judul Buku, dan Nomor Edisi, tabel Penulis memiliki kolom untuk IDPenulis dan Nama Penulis, dan tabel Penulis-ISBN memiliki kolom IDPenulis dan ISBN. Model relasional didesain untuk mengaktifkan database untuk menegakkan integritas referensial antara tabel di dalam database, dinormalkan untuk mengurangi redundansi, dan umumnya dioptimalkan untuk penyimpanan.

Dalam database NoSQL, catatan buku biasanya disimpan sebagai dokumen JSON. Untuk setiap buku, item, ISBN, Judul Buku, Nomor Edisi, Nama Penulis, dan IDPenulis disimpan sebagai atribut dalam dokumen tunggal. Dalam model ini, data dioptimalkan untuk pengembangan intuitif dan skalabilitas horizontal.

Kelebihan

Database NoSQL sangat cocok untuk digunakan dengan berbagai aplikasi modern seperti aplikasi seluler, web, dan gaming yang memerlukan database yang fleksibel, dapat diskalakan, berkinerja tinggi, dan memiliki fungsionalitas tinggi untuk memberikan pengalaman pengguna yang baik.

·         Fleksibilitas: Database NoSQL umumnya menyediakan skema fleksibel yang memungkinkan pengembangan yang lebih cepat dan lebih berulang. Model data fleksibel membuat database NoSQL ideal untuk data yang semi terstruktur dan tidak terstruktur.

·         Skalabilitas: Database NoSQL umumnya didesain untuk meningkatkan skala dengan menggunakan klaster perangkat keras yang terdistribusi alih-alih meningkatkan skala dengan menambah server yang mahal dan robust. Beberapa penyedia layanan cloud menangani aktivitas di balik operasi ini sebagai layanan yang dikelola sepenuhnya.

·         Kinerja tinggi: Database NoSQL dioptimalkan untuk model data spesifik (seperti dokumen, nilai kunci, dan grafik) dan pola akses yang memberikan kinerja yang lebih tinggi dibandingkan jika Anda mencoba mendapatkan fungsionalitas yang mirip dengan database relasional.

·         Fungsionalitas tinggi: Database NoSQL menyediakan API dan jenis data fungsional yang dibuat secara khusus untuk setiap model data yang sesuai.

Jenis Database

Nilai-kunci: Database nilai kunci dapat dipartisi dan memungkinkan pengembangan horizontal pada skala yang tidak dapat dicapai oleh jenis database lain. Kasus penggunaan seperti gaming, teknologi iklan, dan IoT cukup baik dalam menggunakan model data nilai-kunci. Amazon DynamoDB didesain untuk menyediakan latensi satu-digit milidetik untuk setiap skala beban kerja. Kinerja yang konsisten ini merupakan alasan besar fitur Snapchat Stories, yang mencakup beban kerja penulisan ke penyimpanan terbesar dari Snapchat, dipindahkan ke DynamoDB.

Dokumen: Dalam kode aplikasi, data sering diwakilkan sebagai sebuah objek atau dokumen seperti JSON karena ini merupakan model data yang efisien dan intuitif untuk pengembang. Database dokumen memudahkan pengembang untuk menyimpan dan membuat kueri data dalam database dengan menggunakan format model dokumen yang sama yang mereka gunakan dalam kode aplikasi. Sifat dokumen dan database dokumen yang fleksibel, semiterstruktur, dan hierarkis memungkinkan dokumen dan database dokumen berevolusi sesuai kebutuhan aplikasi. Model dokumen berfungsi baik dengan katalog, profil pengguna, dan sistem manajemen konten di mana setiap dokumen bersifat unik dan berevolusi seiring waktu. Amazon DocumentDB (dengan kompatibilitas MongoDB) dan MongoDB merupakan database dokumen populer yang menyediakan API yang mumpuni dan intuitif untuk pengembangan yang fleksibel dan berulang.

Grafik: Database grafik bertujuan agar membuat dan menjalankan aplikasi yang berjalan dengan dataset yang selalu terhubung menjadi lebih mudah. Kasus penggunaan umum untuk database grafik antara lain jaringan media sosial, mesin rekomendasi, pendeteksian penipuan, dan grafik pengetahuan. Amazon Neptune merupakan layanan database grafik yang dikelola sepenuhnya. Neptune mendukung model Property Graph dan Resource Description Framework (RDF), memberi pilihan dua API grafik: TinkerPop dan RDF/SPARQL. Database grafik populer termasuk Neo4j dan Giraph.

Dalam memori: Aplikasi gaming dan teknologi iklan memiliki kasus penggunaan seperti leaderboard, penyimpanan sesi, dan analisis real-time yang memerlukan waktu respons milidetik dan dapat setiap saat memiliki puncak lalu lintas yang besar. Amazon ElastiCache menawarkan Memcached dan Redis, untuk menyediakan beban kerja dengan latensi rendah dan throughput tinggi, seperti McDonald’s, yang tidak dapat dilayani dengan penyimpanan data berbasis disk. Amazon DynamoDB Accelerator (DAX) merupakan contoh lain dari penyimpanan data yang dibuat secara khusus. DAX membuat DynamoDB membaca dan mengurutkan magnitude dengan lebih cepat.

Pencarian: Beberapa output aplikasi dicatat untuk membantu pengembang untuk memecahkan masalah. Amazon Elasticsearch Service (Amazon ES) dibuat secara khusus untuk memberi visualisasi hampir secara real-time dan analisis data yang dihasilkan mesin dengan membuat indeks, mengumpulkan, dan mencari log dan metrik yang semi terstruktur. Amazon ES juga merupakan mesin pencari yang mumpuni dan berkinerja tinggi untuk kasus penggunaan pencarian teks lengkap. Expedia menggunakan lebih dari 150 domain Amazon ES, 30 TB data, dan 30 miliar dokumen untuk berbagai kasus penggunakan penting, mulai dari pemantauan operasional dan pemecahan masalah hingga pelacakan stack aplikasi terdistribusi dan pengoptimalan harga.

Map Reduce dan Not SQL

Map Reduce danNoSQL (Not Only SQL) adalah sebuah pemogramaan framework guna untuk membantu user mengembangankan sebuah data yang ukuran besar dapat terdistribusi satu sama lain. Map-Reduce adalah salah satu konsep teknis yang sangat penting di dalam teknologi cloud terutama karena dapat diterapkannya dalam lingkungan distributed computing. Dengan demikian akan menjamin skalabilitas aplikasi kita.

MapReduce adalah model pemrogramana rilisan Google yang ditujukan untuk memproses data berukuran raksasa secara terdistribusi dan parallel dalam cluster yang terdiri atas ribuan komputer. Dalam memproses data, MapReduce dibagi menjadi 2 proses utama, yaitu Map dan Reduce. Proses Map bertugas untuk mengumpulkan informasi dari potongan-potongan data yang terditribusi dalam tiap komputer dalam cluster (kelompok komputer yang saling terhubung). Hasilnya deserahkan kepada proses Reduce untuk diproses lebih lanjut. Hasil proses Reduce merupakan hasil akhir yang dikirim ke pengguna.

Berikut daftar produk open source mengenai Map Reduce :[2]

1. Apache Hadoop – http://hadoop.apache.org (open source)
2. Pig – http://incubator.apache.org/projects/pig.html
3. Cascading – http://www.cascading.org
4. Microsoft Dryad – http://research.microsoft.com/research/sv/Dryad/
5. IBM MapReduce Tool for Eclipse – http://www.alphaworks.ibm.com/tech/mapreducetools
6. Skynet – http://skynet.rubyforge.org
7. CouchDB – http://incubator.apache.org/couchdb