Quantum Computing

Konsep Quantum Computation

Quantum Computation merupakan bidang studi yang fokus pada teknologi komputer yang sedang berkembang berdasarkan prinsip dari teori kuantum. Dalam mekanika kuantum, suatu partikel bisa berada dalam dua keadaan sekaligus, sering disebut sebagai superposisi. Pada komputasi kuantum, selain bilangan 0 dan 1 dikenal juga superposisi keduanya, yang berarti keadaannya bisa berupa 0 dan 1, bukan hanya 0 atau 1 seperti di komputer digital biasa yang artinya komputasi kuantum memiliki kemampuan untuk memproses lebih banyak data secara eksponensial dibandingkan dengan komputer biasa. Komputasi ini juga memanfaatkan sifat kolektif dari keadaan kuantum seperti superposisi, interferensi, dan keterjeratan untuk melakukan pertimbangan.

Perangkat yang melakukan perhitungan kuantum disebut sebagai komputer kuantum. Komputer ini tidak menggunakan Bits tetapi Qubits (Quantum Bits) karena kemampuannya untuk berada di berbagai macam keadaan (multiple states), komputer ini juga memiliki kemampuan untuk melakukan perhitungan secara simultan sehingga jauh lebih cepat dibanding komputer digital.

            Quantum computing memiliki beberapa kelebihan, yaitu:

-          Cepat

-          Dapat meemcahkan masalah yang kompleks

-          Dapat menjalankan simulasi yang kompleks

Sedangkan, kekurangan dari quantum computing adalah:

-          Rentan terhadap kesalahan

-          Hanya cocok untuk tugas tertentu

-          Sulit untuk dibangun

 Cara Kerja Entanglement Quantum

Entanglement Quantum merupakan teori mekanika kuantum yang memberi gambaran seberapa cepat dan kuatnya keterhubungan partikel-partikel pada kuantum komputer yang dimana jika suatu partikel diperlakukan “X” maka akan memberikan dampak “X” juga ke partikel lainnya.

Cara kerjanya adalah saat dua atom mendapatkan gaya tertentu (outside force) kedua atom tersebut dapat masuk pada keadaan entangled dimana atom-atom yang saling terhubung dalam entanglement ini akan tetap terhubung walaupun jaraknya berjauhan. Perlakuan terhadap salah satu atom akan mempengaruhi keadaan atom pasangannya, jika yang satu memiliki spin up maka kita langsung mengetahui bahwa pasangannya pasti memiliki spin down tanpa perlu mengukurnya kembali. Ini menandakan sistem komputasi yang super cepat, komunikasi yang menggunakan kuantum komputer bisa mencapai kecepatan yang luar baisa karena informasi dari satu tempat ke tempat lainnya dapat ditransfer secara instan, begitu cepatnya sampai terlihat seakan-akan mengalahkan kecepatan cahaya. Berikut adalah fungsi dari entanglement quantum:

-          Sistem Komunikasi Super Cepat

Dua partikel yang ter-entangle seolah-olah dapat berkomunikasi secara instan walaupun kedua partikel itu terpisah oleh jarak yang sangat jauh.

-          Sistem Enkripsi

Dengan quantum entanglement, seorang encoder dapat menciptakan kunci dari dua buah partikel yang di entangle-kan. Dan ini berarti bahwa dua buah partikel ini adalah satu-satunya pasangan entangle di seluruh alam semesta. Tidak mungkin untuk digandakan atau dicari padanannya. Jika sistem enkripsi mampu menggunakn quantum entanglement, maka dapat dibilang kode yang dihasilkan nyaris tidak mampu dipecahkan. Kecuali jika ia menggunakan salah satu dari partikel yang di entangle-kan tersebut.

-          Sistem Waktu Presisi

Ketepatan jam atom bergantung sebagian pada jumlah atom yang digunakan. Karena disimpan di ruangan vakum, setiap atom secara independen mengukur waktu dan terus mengawasi perbedaan lokal secara acak antara dirinya dan atom-atom tetangganya.

 Teknik Pengoperasian Data Qubit

Qubit (Quantum 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 bilangan 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. Dengan demikian, jumlah perhitungan bahwa komputer kuantum dapat melakukan adalah 2^n, dimana n adalah jumlah qubit yang digunakan. Sebuah komputer kuantum terdiri dari 500 qubit akan memiliki potensi untuk melakukan 2^500 perhitungan dalam satu langkah. Ini adalah jumlah yang mengagumkan –2^500 adalah atom jauh lebih dari yang ada di alam semesta.

 Teknik Quantum Gates

Quantum Gates atau gerbang quantum merupakan aturan logika atau gerbang logika yang berlaku pada quantum computing. Prinsip kerja dari quantum gates hampir mirip dengan gerbang logika pada komputer digital. Jika pada komputer digital terdapat beberapa operasi logika seperti AND, OR, dan NOT, pada quantum computing gerbang quantum terdiri dari beberapa bilangan qubit, sehingga quantum lebih sulit untuk dihitung daripada gerbang logika pada komputer digital.

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.

 Teknik Algoritma Shor

Algoritma shor ditemukan oleh Peter Shor pada tahun 1995. Komputer kuantum yang menggunakan algoritma ini dapat memecahkan sebuah kode rahasia yang saat ini secara umum digunakan untuk mengamankan pengiriman data. Kode yang disebut RSA ini, jika disandikan, maka data yang dikirimkan akan aman, karena RSA membutuhkan kerja ribun komputer secara paralel sehingga kerja pemecahan ini tidaklah efektif.

Algoritma Shor terdiri dari dua bagian:

-          Penurunan yang bisa dilakukan pada komputer klasik, dari masalah anjak untuk masalah ketertiban -temuan.

-          Sebuah algoritma kuantum untuk memecahkan masalah order-temuan.

Hambatan runtime dari algoritma Shor adalah kuantum eksponensial modular yang jauh lebih lambat dibandingkan dengan kuantum Transformasi Fourier dan pre-/post-processing klasik. Ada beberapa pendekatan untuk membangun dan mengoptimalkan sirkuit untuk eksponensial modular. Yang paling sederhana dan saat ini yaitu pendekatan paling praktis adalah dengan menggunakan meniru sirkuit aritmatika konvensional dengan gerbang reversibel, dimulai dengan penambah ripple-carry.

Sirkuit Reversible biasanya menggunakan nilai pada urutan n^3, gerbang untuk n qubit. Teknik alternatif asimtotik meningkatkan jumlah gerbang dengan menggunakan kuantum transformasi Fourier , tetapi tidak kompetitif dengan kurang dari 600 qubit karena konstanta tinggi.

Terima kasih sudah membaca. Semoga bermanfaat ✨