SEJARAH QUANTUM
COMPUTATION
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).
PENGERTIAN
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.
IMPLEMENTASI
Beberapa waktu lalu para ilmuwan di Pusat penelitian di Almaden telah berhasil
menjalankan kalkulasi komputer-kuantum yang paling rumit hingga saat ini.
Mereka berhasil membuat seribu triliun molekul yang didesain khusus dalam
sebuah tabung menjadi sebuah komputer kuantum 7-qubit yang mampu memecahkan
sebuah versi sederhana perhitungan matematika yang merupakan inti dari banyak
di antara system kriptografis pengamanan data (data security cryptographic
system). Keberhasilan ini memperkuat keyakinan bahwa suatu saat
komputer-komputer kuantum akan mampu memecahkan problem yang demikian kompleks
yang selama ini tidak mungkin dapat dipecahkan oleh super komputer-super
komputer yang paling hebat meski dalam tempo jutaan tahun sekalipun.
Dalam edisi jurnal ilmiah Nature yang terbit beberapa waktu lalu, sebuah tim
bersama-sama mahasiswa tingkat graduate dari Unversitas Stanford melaporkan
demonstrasi pertama dari “AlgoritmaShor” sebuah metode yang dikembangkantahun
1994 oleh ilmuwan AT&T Peter Shor untuk menggunakan computer kuantum yang
futuristis untuk menemukan faktor-faktor dari sebuah bilangan.
Bilangan-bilangan yang diperkalikan satu dengan yang lain untuk memperoleh
bilangan asli. Saatini, pemfaktoran (factoring) sebuah bilangan besar masih
terlalu sulit bagi computer konvensional meskipun begitu mudah untuk
diverifikasi. Itulah sebabnya pemfaktoran bilangan besar ini banyak digunakan
dalam metode kriptografi untuk melindungi data.
PENGOPERASIAN DATA QUBIT
Qubit merupakan kuantum bit , mitra dalam komputasi kuantum dengan digit biner
atau bit dari komputasi klasik. Sama seperti sedikit adalah unit dasar
informasi dalam komputer klasik, qubit adalah unit dasar informasi dalam
komputer kuantum . Dalam komputer kuantum, sejumlah partikel elemental seperti
elektron atau foton dapat digunakan (dalam praktek, keberhasilan juga telah dicapai
dengan ion), baik dengan biaya mereka atau polarisasi bertindak sebagai
representasi dari 0 dan / atau 1. Setiap partikel-partikel ini dikenal sebagai
qubit, sifat dan perilaku partikel-partikel ini (seperti yang diungkapkan dalam
teori kuantum ) membentuk dasar dari komputasi kuantum. Dua aspek yang paling
relevan fisika kuantum adalah prinsip superposisi dan Entanglement Superposisi,
pikirkan qubit sebagai elektron dalam medan magnet. Spin elektron mungkin baik
sejalan dengan bidang, yang dikenal sebagai spin-up, atau sebaliknya ke
lapangan, yang dikenal sebagai keadaan spin-down. Mengubah spin elektron dari
satu keadaan ke keadaan lain dicapai dengan menggunakan pulsa energi, seperti
dari Laser – katakanlah kita menggunakan 1 unit energi laser. Tapi bagaimana
kalau kita hanya menggunakan setengah unit energi laser dan benar-benar
mengisolasi partikel dari segala pengaruh eksternal? Menurut hukum kuantum,
partikel kemudian memasuki superposisi negara, di mana ia berperilaku
seolah-olah itu di kedua negara secara bersamaan. Setiap qubit dimanfaatkan
bisa mengambil superposisi dari kedua 0 dan 1. 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 (ini pemrosesan paralel benar – komputer klasik
saat ini, bahkan disebut prosesor paralel, masih hanya benar-benar melakukan
satu hal pada suatu waktu: hanya ada dua atau lebih dari mereka melakukannya).
Tapi bagaimana partikel-partikel ini akan berinteraksi satu sama lain? Mereka
akan melakukannya melalui belitan kuantum.
QUANTUM GATES
Pada saat ini, model sirkuit komputer adalah abstraksi paling berguna dari
proses komputasi dan secara luas digunakan dalam industri komputer desain dan
konstruksi hardware komputasi praktis. Dalam model sirkuit, ilmuwan komputer
menganggap perhitungan apapun setara dengan aksi dari sirkuit yang dibangun
dari beberapa jenis gerbang logika Boolean bekerja pada beberapa biner (yaitu,
bit string) masukan. Setiap gerbang logika mengubah bit masukan ke dalam satu
atau lebih bit keluaran dalam beberapa mode deterministik menurut definisi dari
gerbang. dengan menyusun gerbang dalam grafik sedemikian rupa sehingga output
dari gerbang awal akan menjadi input gerbang kemudian, ilmuwan komputer dapat
membuktikan bahwa setiap perhitungan layak dapat dilakukan. 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.
ALGORITMA SHOR
Algoritma Shor, dinamai matematikawan Peter Shor , adalah algoritma kuantum
yaitu merupakan suatu algoritma yang berjalan pada komputer kuantum yang
berguna untuk faktorisasi bilangan bulat. Algoritma Shor dirumuskan pada tahun
1994. Inti dari algoritma ini merupakan bagaimana cara menyelesaikan
faktorisasi terhaadap bilanga interger atau bulat yang besar. Efisiensi
algoritma Shor adalah karena efisiensi kuantum Transformasi Fourier , dan
modular eksponensial. Jika sebuah komputer kuantum dengan jumlah yang memadai
qubit dapat beroperasi tanpa mengalah kebisingan dan fenomena interferensi
kuantum lainnya, algoritma Shor dapat digunakan untuk memecahkan kriptografi
kunci publik skema seperti banyak digunakan skema RSA. 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.
SUMBER :
