Sabtu, 09 Mei 2020

Quantum Computation, Entanglement Quantum, pengoperasian data Qubit, Quantum Gates dan Algoritma Shor


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

Tidak ada komentar:

Posting Komentar