Selasa, 30 Maret 2021

Tugas M4 Quantum Komputer

 

Pengertian Komputer Quantum

Komputer Quantum adalah alat hitung yang menggunakan sebuah fenomena mekanika quantum, misalnya superposisi dan keterkaitan, untuk melakukan operasi data. Dalam komputasi klasik, jumlah data dihitung dengan bit; dalam komputer quantum, hal ini dilakukan dengan qubit. Prinsip dasar komputer quantum adalah bahwa sifat quantum dari partikel dapat digunakan untuk mewakili data dan struktur data, dan bahwa mekanika quantum dapat digunakan untuk melakukan operasi dengan data ini. Dalam hal ini untuk mengembangkan komputer dengan sistem quantum diperlukan suatu logika baru yang sesuai dengan prinsip quantum.

Ide mengenai komputer quantum ini berasal dari beberapa fisikawan antara lain 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).

Pada awalnya Feynman mengemukakan idenya mengenai sistem quantum yang juga dapat melakukan proses penghitungan. Fenyman juga mengemukakan bahwa sistem ini bisa menjadi simulator bagi percobaan fisika quantum.

Selanjutnya para ilmuwan mulai melakukan riset mengenai sistem quantum tersebut, mereka juga berusaha untuk menemukan logika yang sesuai dengan sistem tersebut. Sampai saat ini telah dikemukaan dua algoritma baru yang bisa digunakan dalam sistem quantum yaitu algoritma shor dan algoritma grover.

Walaupun komputer quantum masih dalam pengembangan, telah dilakukan eksperimen dimana operasi komputasi quantum dilakukan atas sejumlah kecil Qubit. Riset baik secara teoretis maupun praktik terus berlanjut dalam laju yang cepat, dan banyak pemerintah nasional dan agensi pendanaan militer mendukung riset komputer quantum untuk pengembangannya baik untuk keperluan rakyat maupun masalah keamanan nasional seperti kriptoanalisis.

Telah dipercaya dengan sangat luas, bahwa apabila komputer quantum dalam skala besar dapat dibuat, maka komputer tersebut dapat menyelesaikan sejumlah masalah lebih cepat daripada komputer biasa. Komputer quantum berbeda dengan komputer DNA dan komputer klasik berbasis transistor, walaupun mungkin komputer jenis tersebut menggunakan prinsip quantum mekanik. Sejumlah arsitektur komputasi seperti komputer optik walaupun menggunakan superposisi klasik dari gelombang elektromagnetik, namun tanpa sejumlah sumber quantum mekanik yang spesifik seperti keterkaitan, maka tak dapat berpotensi memiliki kecepatan komputasi sebagaimana yang dimiliki oleh komputer quantum.

 

Perbedaan komputer konvensional dengan quantum

 

Dapat mulai dengan mengamati secuil satuan informasi yang disebut satu bit, yaitu satu sistem fisis yang dapat dinyatakan dalam satu di antara dua keadaan (dua nilai logik) yang berbeda: ya atau tidak, benar atau salah, 0 atau 1. Satu bit informasi dapat diberikan oleh dua keadaan polarisasi cahaya atau dua keadaan elektronik suatu atom. Namun, jika satu atom dipilih untuk merepresentasikan satu bit informasi maka menurut mekanika quantum di samping kedua keadaan elektronik yang berbeda, atom tersebut dapat pula berada dalam keadaan superposisi (paduan) dua keadaan tersebut. Atom tersebut dapat berada pada keadaan 0 dan 1 secara serentak. Secara umum, satu sistem quantum dengan dua keadaan atau quantum bit (qubit) dapat dibuat berada dalam suatu keadaan superposisi dari kedua keadaan logiknya.

Perhatikan perbandingan berikut. Register konvensional tiga bit dalam satu saat hanya dapat menyimpan satu dari 8 kemungkinan keadaan yang berbeda seperti: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, dan 111. Sebaliknya, suatu register quantum tiga qubit dalam satu saat dapat menyimpan 8 kemungkinan keadaan yang berbeda tersebut secara serentak sebagai suatu superposisi quantum. Jika jumlah qubit terus ditambahkan pada register maka kapasitas penyimpanan keadaan (informasi) dalam register akan meningkat secara eksponensial, yaitu secara serentak 3 qubit dapat menyimpan 8 keadaan berbeda, 4 qubit dapat menyimpan 16 keadaan berbeda, dan seterusnya sehingga secara umum N qubit dapat menyimpan sejumlah 2N keadaan berbeda.

Sekali suatu register disiapkan dalam suatu superposisi dari keadaan-keadaan yang berbeda, operasi-operasi pada semua keadaan itu dapat dilakukan secara bersamaan. Sebagai contoh, jika qubit-qubit tersimpan dalam atom-atom, pulsa laser yang diatur secara tepat dapat mempengaruhi keadaan-keadaan elektronik atom dan mengubah superposisi awal menjadi superposisi lain yang berbeda. Selama perubahan tersebut setiap keadaan dalam superposisi awal terpengaruh sehingga dapat dihasilkan suatu komputasi masif secara paralel dalam satu keping hardware quantum.

Suatu komputer quantum dalam satu langkah komputasi dapat melakukan operasi matematis pada 2N input berlainan yang tersimpan dalam superposisi koheren N qubit. Untuk melakukan hal yang sama, suatu komputer konvensional harus mengulang operasi sejumlah 2N kali atau harus digunakan 2N prosesor konvensional yang bekerja bersamaan. Komputer quantum menawarkan peningkatan yang sangat luar biasa dalam penggunaan dua sumber daya komputasi utama, yaitu waktu dan memori.

 

GATE PADA KOMPUTER QUANTUM

  1. Hadamard Gate

Gate quantum yang paling umum adalah Gate Hadamard, yaitu gate qubit tunggal H melakukan transformasi gabungan yang dikenal dengan istilah Transformasi Hadamard, dan didefinisikan oleh: Matriks  ditulis dalam basis  komputasional  {|0>,|1>  serta diagram di bagian kanan menampilkan gambaran  skematik dari gate H berdasarkan qubit dalam |x>, dengan x=0,1.

  1. Fase Shift Gate

Gate qubit tunggal lainnya – shift gate ∅ diartikan sebagai |0> ⟼ |0> dan |1> ⟼ ei∅, atau, dalam notasi matriks, Gate Hadamard dan gate shift bisa digabungkan untuk membangun jaringan berikutnya (dengan ukuran 4) yang menghasilkan keadaan nyata yang paling umum dari qubit tunggal (sampai ke fase global), konsekuensinya, gate Hadamard dan gate shift sudah cukup untuk membangun operasi gabungan apapun pada qubit  tunggal

 

  1. C-Note Gate

Supaya bisa melibatkan dua (atau lebih qubit) kita harus memperpanjang daftar gate quantum menjadi gate dua qubit. Gate dua qubit yang paling terkenal adalah NOT kontrol (C- NOT), juga dikenal sebagai XOR atau gate pengukuran. Gate tersebut  meloncat  ke target  kedua jika qubit kontrol    pertama

  1. Control-U Gate

Secara umum, dua jenis qubit gate  control  secara keseluruhan membentuk control  U,  untuk  sejumlah tranformasi gabungan qubit tunggal U. Control U gate mengaplikasikan identitas transformasi ke qubit yang lebih rendah ketika qubit control berada dalam keadaan  |1>.  Peta gate |0>|y> ke |0>|y>.Gate Hadamard, semua shift gate, dan C-NOT, membentuk sebuah set universal gate, yaitu jika  C-NOT  dan  Hadamard dan semua shift gate lainnya tersedia lalu  operasi  gabungan gate n apapun bisa disimulasikan dengan O(4nn) seperti gate BBC95.Sebuah komputer quantum bisa dilihat sebagai jaringan quantum (atau keluarga jaringan quantum) dan komputasi quantum didefinisikan sebagai sebuah evolusi gabungan jaringan yang mengambil keadaan awal “input” kedalam keadaan akhir “output”. Kita telah memilih model jaringan komputasi, daripada mesin Turing, karena lebih sederhana,  lebih mudah dijalankan dan lebih relevan  ketika  mengarah  pada implementasi fisik dari komputasi quantum adalah |1> dan tidak bisa melakukan apa-apa jika qubit kontrol nya adalah |0>. Gate tersebut diwakili oleh matriks  gabungan.

 

KESIMPULAN

Dapat disimpulkan bahwa sistem pada komputer konvensional (komputer  digital)  sangat berbeda. Untuk komputer konvensional menggunakan bit  0  dan 1. Untuk komputer quantum menggunakan qubit 0 , 1 dan superposisi 0 dan 1.

Kecepatan komputer quantum lebih cepat  dari  pada komputer konvensional (komputer digital) karena melakukan proses secara simultan tidak secara linear seperti komputer konvensional.

Saat ini perkembangan teknologi sudah menghasilkan komputer quantum sampai 7 qubit, tetapi menurut  penelitian dan analisa yang ada, dalam beberapa tahun mendatang teknologi komputer quantum bisa mencapai 100  qubit.  Kita bisa membayangkan betapa cepatnya komputer masa depan nanti. Semua perhitungan yang biasanya butuh waktu berbulan-bulan, bertahun-tahun, bahkan berabad-abad pada akhirnya bisa dilaksanakan hanya dalam hitungan menit.

 

REFERENSI

 

Diposting oleh di

Tidak ada komentar:

Posting Komentar