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.
Di
bawah ini adalah contoh gambar quantum computing :
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).