Quantum Computation
Bagaimana Cara Kerja Komputer
Quantum?
Komputer kuantum melakukan
perhitungan berdasarkan probabilitas keadaan objek sebelum diukur - bukan hanya
1s atau 0s - yang berarti mereka memiliki potensi untuk memproses data secara
eksponensial lebih banyak dibandingkan dengan komputer klasik.
Komputer klasik melakukan operasi
logis menggunakan posisi pasti dari keadaan fisik. Ini biasanya biner, artinya
operasinya didasarkan pada salah satu dari dua posisi. Status tunggal - seperti
hidup atau mati, naik atau turun, 1 atau 0 - disebut sedikit.
Dalam komputasi kuantum, operasi
bukannya menggunakan keadaan kuantum suatu objek untuk menghasilkan apa yang
dikenal sebagai qubit. Keadaan ini adalah sifat-sifat yang tidak terdefinisi
dari suatu objek sebelum terdeteksi, seperti putaran elektron atau polarisasi
foton.
Alih-alih memiliki posisi yang
jelas, keadaan kuantum yang tidak terukur terjadi dalam 'superposisi' campuran,
tidak seperti koin yang berputar di udara sebelum mendarat di tangan Anda.
Superposisi ini dapat terjerat
dengan objek-objek lain, yang berarti hasil akhirnya akan berhubungan secara
matematis bahkan jika kita belum tahu apa itu.
Matematika yang rumit di balik
keadaan 'koin berputar' terjerat ini dapat dihubungkan ke algoritma khusus
untuk membuat pekerjaan singkat dari masalah yang membutuhkan waktu lama bagi
komputer klasik untuk menyelesaikannya ... jika mereka dapat menghitungnya sama
sekali.
Algoritma seperti itu akan berguna
dalam memecahkan masalah matematika yang kompleks, memproduksi kode keamanan
yang sulit untuk dipecahkan, atau memprediksi interaksi beberapa partikel dalam
reaksi kimia.
Jenis komputer kuantum
Membangun komputer kuantum
fungsional membutuhkan memegang objek dalam keadaan superposisi cukup lama
untuk melakukan berbagai proses pada mereka.
Sayangnya, sekali suatu superposisi
bertemu dengan bahan-bahan yang merupakan bagian dari sistem yang terukur, ia
kehilangan keadaan di sela-sela dalam apa yang dikenal sebagai dekoherensi dan
menjadi bit klasik lama yang membosankan.
Perangkat harus dapat melindungi
keadaan kuantum dari dekoherensi, sambil tetap membuatnya mudah dibaca.
Berbagai proses mengatasi tantangan
ini dari sudut yang berbeda, apakah itu menggunakan proses kuantum yang lebih
kuat atau untuk menemukan cara yang lebih baik untuk memeriksa kesalahan.
Supremasi komputasi kuantum
Untuk saat ini, teknologi klasik
dapat mengatur tugas apa pun yang dilemparkan ke komputer kuantum. Supremasi
kuantum menggambarkan kemampuan komputer kuantum untuk mengungguli rekan-rekan
klasik mereka.
Beberapa perusahaan, seperti IBM
dan Google, mengklaim kami mungkin dekat, karena mereka terus menjejalkan lebih
banyak qubit bersama dan membangun perangkat yang lebih akurat.
Tidak semua orang yakin bahwa
komputer kuantum sepadan dengan usaha. Beberapa ahli matematika percaya ada
hambatan yang secara praktis tidak mungkin diatasi, membuat komputasi kuantum
selamanya tidak terjangkau.
Waktu akan memberi tahu siapa yang
benar.
Entanglement Quantum
Apa itu Entanglement Quantum (Keterikatan Kuantum)?
Dalam fisika kuantum, keterikatan
partikel menggambarkan hubungan antara sifat-sifat fundamental mereka yang
tidak mungkin terjadi secara kebetulan. Ini bisa merujuk ke negara-negara
seperti momentum, posisi, atau polarisasi mereka.
Mengetahui sesuatu tentang salah
satu karakteristik ini untuk satu partikel memberi tahu Anda sesuatu tentang
karakteristik yang sama untuk partikel lainnya.
Pikirkan sepasang sarung tangan.
Jika Anda menemukan sarung tangan kanan sendirian di laci Anda, Anda bisa yakin
sarung tangan yang hilang akan pas dengan tangan kiri Anda. Kedua sarung tangan
dapat digambarkan sebagai terjerat, karena mengetahui sesuatu tentang satu akan
memberi tahu Anda sesuatu yang penting tentang yang lain yang bukan fitur acak.
Dalam mode, konsep ini tidak
terlalu aneh. Tetapi konsep tersebut menimbulkan masalah bagi mekanika kuantum.
Apakah keterikatan kuantum bekerja dengan 'kenyataan'?
Fisikawan Niels Bohr dan Werner
Heisenberg berpendapat bahwa keadaan objek hanya benar-benar ada begitu
dikaitkan dengan pengukuran, yang berarti seseorang perlu mengamatinya secara
eksperimental. Sampai saat itu, sifatnya hanyalah kemungkinan.
Bagi fisikawan lain, seperti Albert
Einstein dan Erwin Schrödinger yang terkenal, ini sama tidak masuk akalnya
dengan mengatakan kucing di dalam kotak tidak hidup atau mati sampai Anda
melihat.
Akhirnya dua fisikawan Boris
Podolsky dan Nathan Rosen berkolaborasi dengan Einstein untuk membuat
eksperimen pemikiran, di mana dua objek berinteraksi dalam beberapa cara.
Dengan mengukur salah satu dari
mereka, kita mungkin dapat mengerjakan beberapa detail mitranya tanpa perlu
mengukurnya secara langsung, berkat sejarahnya yang 'terjerat'.
"Aksi Seram dikejauhan"
Menanggapi dilema ini (sekarang
disebut EPR atau paradoks Einstein-Podolsky-Rosen) Bohr menyarankan bahwa
keadaan kedua objek hanya menjadi 'nyata' pada saat yang sama, seolah-olah
mereka langsung bertukar rincian tentang intrusi eksperimental ini di kejauhan.
Einstein menolak gagasan ini
sebagai 'tindakan seram', mengklaim pada beberapa kesempatan bahwa "Tuhan
tidak bermain dadu".
Beberapa dekade kemudian, ide-ide
Bohr masih berdiri kokoh, dan sifat aneh keterikatan kuantum adalah bagian
solid dari fisika modern. Fisika pada dasarnya benar-benar 'seram'.
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:
1. Penurunan
yang bisa dilakukan pada komputer klasik, dari masalah anjak untuk masalah
ketertiban -temuan.
2. 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.
DAFTAR PUSTAKA
https://www.sciencealert.com/quantum-computers
https://www.sciencealert.com/entanglement
https://putrinurani94.wordpress.com/2016/04/25/pengoperasian-data-qubit-quantum-gates-dan-algoritma-shor/
http://nafa1108.blogspot.co.id/2015/11/algoritma-shor.html
http://djuneardy.blogspot.co.id/2015/04/quantum-computing-entanglement.html
http://adryanepratama.blogspot.co.id/2015/06/pararel-concept.html
http://maladawatunnajah.blogspot.co.id/2015/11/pengoperasian-data-qubit.html
