Komputasi Kuantum
Pengertian
Komputer Kuantum
Pengertian
sederhana dari computer kuantum adalah jenis chip processor terbaru yang
diciptakan berdasar perkembangan mutakhir dari ilmu fisika (dan matematika)
quantum. Singkatnya, chip konvensional sekarang ini perlu diganti dengan yang
lebih baik. Pengertian komputer kuantum adalah merupakan suatu alat hitung yang
menggunakan sebuah fenomena mekanika kuantum, misalnya superposisi dan
keterkaitan, untuk melakukan operasi data. Dalam komputasi klasik, jumlah data
dihitung dengan bit; dalam komputer kuantum, hal ini dilakukan dengan qubit.
Operasi 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
Gate
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.
1.
Pertama mensimulasikan gerbang di babak pertama tingkat.
2.
Jauhkan hasil gerbang di tingkat d / 2 secara terpisah.
3.
Bersihkan bit ancillae.
4.
Gunakan mereka untuk mensimulasikan gerbang di babak kedua
tingkat.
5.
Setelah menghitung output, membersihkan bit ancillae.
6.
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.
Sistem pencarian data dalam
sebuah basis data merupakan kebutuhan yang sangat penting bagi kemajuan sebuah
perusahaan. Kebutuhan akan informasi yang cepat mengakibatkan dinamika basis
data yang semakin cepat pula. Untuk itu jarang sekali indeks-indeks dalam basis
data tersebut diurutkan terlebih dahulu, karena mengingat waktu yang dibutuhkan
untuk pengurutan indeks-indeks itu sendiri cukup lama meskipun pencarian data
akan membutuhkan waktu relatif lebih singkat dibandingkan dengan indeks-indeks
yang tak terurut.
Untuk basis data dengan N
indeks takterurut satu-satunya cara dalam mencari data adalah dengan memeriksa
setiap indeks, kemudian dicocokan dengan data yang dicari dengan jumlah oracle
yang digunakan o(N). Dengan menggunakan algoritma pencarian Grover dan sifat
paralelisme quantum maka pencarian dalam indeks takterurut akan menggunakan
oracle o(N).
2. Metode
Metode penilitian yang
digunakan adalah dari komponen – komponen pada Algoritma Quantum. Pada umumnya
algoritma yang menghasilkan proses iterasi yang tidak lebih besar dari pangkat
polinomial masukan datanya, dalam hal ini N, bisa dikatakan sudah
efisien. Seperti yang telah diketahui bahwa proses pencarian data secara klasik
berada dalam , jadi bisa dikatakan sudah efisien. Pencarian data dalam
indeks takterurut dapat dibuat lebih efisien menggunakan komputer quantum
dengan algoritma Grover yang secara umum berada dalam .
Algoritma
Grover memanfaatkan informasi atau data dalam bentuk qubit atau quantum bit yang merupakan state dari ruang Hilbert dimensi dua. Qubit
sendiri memiliki sifat-sifat khas yang tidak dimiliki bit pada umumnya, yaitu
superposisi dan paralelisme Pada umumnya algoritma-algoritma quantum
menggunakan sifat-sifat tersebut untuk mempercepat penyelesaian masalah yang
tidak dapat dikerjakan oleh algoritma digital biasa. Salah satu algoritma yang
terkenal adalah algoritma Shor yang digunakan untuk mencari faktorisasi
bilangan prima dari sebuah bilangan bulat.
3. Hasil Analisa
Hasil simulasi
dari penelitian menggunakan algoritma Grover dengan jumlah N = 2n = 8 (n = 3 qubit) dan indeks
dari data yang akan dicari adalah 4 0 = x .
Untuk
kelebihan, komputer kuantum memiliki potensi untuk melaksanakan berbagai
perhitungan secara simultan sehingga jauh lebih cepat dari komputer digital dan
lebih cepat dari pada komputer konvensiaonal karena melalukan proses secara
simultan tidak secara linear seperti komputer konvensional.
Sedangkan
kekurangan nya adalah algoritma Grover membutuhkan kelengkapan dari hampir
seluruh perangkat keras dari komputer quantum untuk dapat diimplementasikan,
hal ini dikarenakan sulitnya mengimplementasikan oracle yang bekerja secara
paralel dalam sebuah operator inversi.
4. Kesimpulan
Pencarian data dengan
indeks takterurut dengan menggunakan algoritma Grover akan bekerja dengan baik
bila informasinya disimpan dalam bentuk qubit dan dapat menggunakan gerbang-gerbang
logika quantum yang merepresentasikan operator-operator uniter yang dibutuhkan.
Untuk dapat diimplementasikan secara sederhana nampaknya algoritma Grover
membutuhkan kelengkapan dari hampir seluruh perangkat keras dari komputer
quantum.
Komentar
Posting Komentar