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).
