Quantum Computing
Secara
definisi, komputer quantum adalah komputer yang memanfaatkan fenomena-fenomena
dari mekanika quantum, seperti quantum superposition dan quantum entanglement
dalam proses komputasi data. Komputer quantum dapat jauh lebih cepat dari komputer
konvensional pada banyak masalah, salah satunya yaitu masalah yang memiliki
sifat berikut:
1. Satu-satunya cara adalah menebak dan mengecek
jawabannya berkali-kali
2. Terdapat n jumlah jawaban yang mungkin
3. Setiap kemungkinan jawaban membutuhkan waktu yang
sama untuk mengeceknya
4. Tidak ada petunjuk jawaban mana yang kemungkinan
benarnya lebih besar: memberi jawaban dengan asal tidak berbeda dengan mengeceknya
dengan urutan tertentu.
Contoh
dari masalah itu misalnya password cracker yang mencoba menebak password dari
file terenkripsi (dengan asumsi passwordnya memiliki panjang maksimal). Untuk
masalah seperti di atas, waktu yang dibutuhkan oleh komputer quantum untuk
menyelesaikannya proporsional dengan akar dari n. Hal ini dapat membuat waktu yang
dibutuhkan dari tahunan menjadi hitungan menit.
Proses komputasi dilakukan pada partikel ukuran nano yang memiliki sifat
mekanika quantum, maka satuan unit informasi pada Komputer Quantum disebut quantum bit, atau
qubit. Berbeda dengan bitbiasa, nilai sebuah qubit bisa 0, 1, atau superposisi dari
keduanya. Sampai saat ini telah dikemukaan dua algoritma baru yang bisa
digunakan dalam sistem quantum yaitu
Algoritma Shor dan Algoritma Grover (Yaitu sebuah algoritma
kuantum yang menawarkan percepatan kuadrat dibandingkan pencarian linear klasik
untuk list tak terurut. Sebagian besar algoritma pencarian, seperti pencarian
linear, pencarian biner dan pohon pencarian biner yang self-balancing, dapat dikembangkan dengan sedikit tambahan costuntuk menemukan semua nilai yang kurang dari atau
lebih dari sebuah kunci, operasi ini disebut pencarian
jangkauan (range
search). Pengecualin ada
pada tabel hash, yang tidak dapat melakukan pencarian tersebut secara efisien).
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.
Sejarah singkat
- 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).
Kuantum Komputer saat ini
Pada pertengahan Februari lalu, perusahaan D-Wave memperlihatkan kompouter kuantum versi bisnis pertama di dunia melalui internet. Yang tampak pada gambar di atas adalah sirkuit chip kuantum yang di sediakan situs perusahaan tersebut.
Coba
bayangkan bagaimana jadinya jika dalam saku kita terpasang komputer
dengan kecepatan super tinggi? “Komputer Kuantum” (Quantum Computer)
memiliki kemampuan hitung berkali-kali lipat dibanding komputer
konvensional sekarang. Pada pertengahan Februari lalu, sebuah perusahaan
yang baru berdiri di Kanada menyatakan telah meluncurkan komputer
kuantum versi bisnis yang pertama di dunia, menimbulkan komentar dan
kesangsian para sarjana maupun ahli terkait. Dan tak bisa tidak membuat
kita berimajinasi, apakah era komputer kuantum telah tiba lebih awal?
Komputer kuantum dioperasikan menurut karakteristik mekanika kuantum,
menggunakan ilmu informasi kuantum, berdasarkan komputer yang dilandasi
sepenuhnya dengan satuan kuantum (qubit). Perusahaan D-Wave yang berada
di Vancover, Kanada mengatakan, bahwa komputer yang dikembangkan dengan
prinsip mekanika kuantum perusahaan tersebut lebih cepat berkali-kali
lipat dibanding sistem operasional komputer yang paling berkualitas di
dunia saat ini. Komputer yang diberi nama “Orion” ini, menggunakan
teknik cetakan rata yang sistematis, dipadukan dengan sebuah chip
niobium superkonduksi dan suhu ultrarendah, dapat mengerjakan 16 qubit.
Chip inti harus dingin hingga mendekati titik nol absolut (-125.15ÂșC),
agar supaya dalam proses perhitungannya tetap dalam kondisi kuantum.
Perusahaan D-Wave menuturkan, bahwa komputer kuantum ini bisa mengoperasikan 64 ribu hitungan secara bersamaan, dan prototipe komputer kuantum yang diperlihatkannya pada 13 Februari lalu merupakan komputer tipe bisnis yang pertama di dunia, di dalamnya ditanami chip kuantum yang dapat mengoperasikan 16 qubit. Perusahaan tersebut berencana dalam waktu 18 bulan ke depan, kecepatannya akan dinaikkan hingga 32 qubits pada akhir tahun 2007 ini, dan pada 2008 mendatang kecepatannya akan dinaikkan 512 qubits hingga 1024 qubits, dan akan disewakan bagi perdagangan.
Apa kegunaan dari komputer kuantum ini ?
Kepala pelaksana perusahaan tersebut yakni Herb Martin mengatakan, bahwa manusia bisa menggunakan komputer kuantum merancang obat-obatan gen. Perusahaan juga bisa menggunakan komputer kuantum untuk mengelola rantai kebutuhan produk mereka. Martin mengatakan : “Coba bayangkan, jika suatu perusahaan memiliki 40 pabrik dan memproduksi satu juta komponen yang tidak sama, maka hal yang harus dicatat itu bukankah tidak sedikit.”
Komputer kuantum juga dapat digunakan melindungi keamanan. Karena peristiwa 9 September, sejumlah besar pemerintah berbagai negara dan perusahaan banyak yang menaruh perhatian pada ilmu statistik biologi, telah membentuk sejumlah besar tentang gambar obyek, sidik jari yang hendak mereka lacak. Orang yang terdaftar sebagai teroris, di mana meski bisa dengan aman lolos dari pemeriksaan pabean. Dengan adanya komputer kuantum pada dasarnya bisa dengan cepat kembali memeriksa apakah pihak lain itu teroris atau bukan melalui gudang arsip yang telah di input lebih dulu oleh dinas keamanan.
Martin
menuturkan, bahwa dengan diluncurkannya produk tersebut membuktikan
konsepsi teknologi perdagangan komputer kuantum ini. Customer perusahaan
D-Wave adalah kalangan perdagangan. Tokoh dari kalangan perdagangan
tidak peduli bagaimana teknologi ini dapat dioperasikan, asalkan bisa
menyelesaikan pola perdagangan yang rumit mereka. Sesungguhnya, komputer
dari perusahan D-Wave ini adalah sebuah komponen campuran, yang
dipadukan dengan chip kuantum sebagai co-processor. Bagian terpenting
adalah chip kuantum ini, terbuat dari bahan superkonduksi aluminium
niobium. Mengapa komputer kuantum bisa mencapai hitungan cepat, adalah
karena satuan data dasarnya adalah qubits, bisa secara bersamaan
mengerjakan 0 dan 1 sekaligus dengan cepat mengerjakan semua qubits.
Sebagian besar insinyur berpendapat bahwa teknologi komputer kuantum masih harus di lalui dengan sepotong perjalanan yang panjang. Komputer kuantum yang digunakan sedikitnya masih membutuhkan 10 tahun lebih baru bisa dihadirkan. Perusahaan D-Wave yang mempublikasikan prototipe komputer kuantum pada 13 Februari lalu melaui situs net, dan yang lebih membuat sangsi para ahli maupun sarjana terkait adalah kebenarannya. Pada 7 Maret lalu, insinyur NASA dari Laboratorium Jet Propulsion yang terletak di Pasadena California, secara terbuka mengumumkan bahwa mereka memang pernah membuat sebuah chip kuantum khusus untuk perusahaan D-Wave. Bagi insinyur di Laboratorium Microdevices, NASA, membuat sirkuit superkonduksi untuk customer adalah hal yang biasa. Mereka juga penah merancang Chip untuk Hypers Inc di New York, selain itu juga pernah membuat perlengkapan pesawat antariksa untuk misi Herchel-nya ESA (European Space Agency).
Apakah
komputer kuantum benar-benar tidak lama lagi akan hadir dalam kehidupan
nyata sebagaimana yang dikatakan perusahann D-Wave? Sebagian besar
perusahaan komputer terkemuka merasa sangsi atas hal ini. Selain itu ada
ilmuwan yang berpendapat, bahwa jika memang benar ada sistem kuantum
yang demikian praktis, terutama di saat penambahan atau penguraian sandi
pada sistem finansial yang masih sangat lemah ini, maka ini akan
menjadi satu terobosan teknologi yang penting. Namun ahli juga
berpendapat, bahwa jika memang perusahaan kecil seperti D-Wave ini
benar-benar memiliki teknologi demikian pasti akan berkembang positif,
dalam 5-8 tahun jika mereka mendapatkan teknologi menyelesaikan
rancangannya, maka besar kemungkinan akan dicari dan ditampung oleh
perintis teknologi kelas berat seperti Intel dan IBM.
Menggunakan
komputer kuantum untuk “memprakarsai era baru komputer” adalah impian
yang didambakan oleh banyak laboratorium di dunia. Perusahan D-Wave
menggunakan chip kuantum dan memadukannnya dengan komputer konvensional
untuk memenuhi fungsi perdagangannya, meski jarak bidang dalam ilmu
pengetahuan masih cukup panjang, namun ini seakan-akan memberitahu
terlebih dahulu bahwa kemungkinan tibanya era kuantum lebih awal.
Sejumlah analisator berpendapat, bahwa masalah utama komputer kuantum
saat ini terletak pada kesulitan menjalankan bentuk kuantum
mikorokosmis. Mungkin kelak di masa mendatang manusia bisa menemukan
suatu rancangan yang sepenuhnya baru, dan bahan-bahan yang baru sama
sekali. Sama seperti bahan-bahan semi konduktor terhadap perkembangan
komputer elektrik.
Entanglement
Entanglement adalah efek mekanik kuantum yang mengaburkan jarak
antara partikel individual sehingga sulit menggambarkan partikel
tersebut terpisah meski Anda berusaha memindahkan mereka. Contoh dari
quantum entanglement: kaitan antara penentuan jam sholat dan quantum
entanglement. Mohon maaf bagi yang beragama lain saya hanya bermaksud
memberi contoh saja. Mengapa jam sholat dibuat seragam? Karena dengan
demikian secara massal banyak manusia di beberapa wilayah secara
serentak masuk ke zona entanglement bersamaan.
Pengoperasian Data Qubit
Komputer kuantum memelihara urutan qubit. Sebuah qubit tunggal
dapat mewakili satu, nol, atau, penting, setiap superposisi quantum ini,
apalagi sepasang qubit dapat dalam superposisi kuantum dari 4 negara,
dan tiga qubit dalam superposisi dari 8. Secara umum komputer kuantum
dengan qubit n bisa dalam superposisi sewenang-wenang hingga 2 n negara
bagian yang berbeda secara bersamaan (ini dibandingkan dengan komputer
normal yang hanya dapat di salah satu negara n 2 pada satu waktu).
Komputer kuantum yang beroperasi dengan memanipulasi qubit dengan urutan
tetap gerbang logika quantum. Urutan gerbang untuk diterapkan disebut
algoritma quantum.
Sebuah contoh dari implementasi qubit untuk komputer kuantum bisa
mulai dengan menggunakan partikel dengan dua putaran menyatakan: “down”
dan “up”. Namun pada kenyataannya sistem yang memiliki suatu diamati
dalam jumlah yang akan kekal dalam waktu evolusi dan seperti bahwa A
memiliki setidaknya dua diskrit dan cukup spasi berturut-turut eigen
nilai , adalah kandidat yang cocok untuk menerapkan sebuah qubit. Hal
ini benar karena setiap sistem tersebut dapat dipetakan ke yang efektif
spin -1/2 sistem.
Algoritma pada Quantum Computing
Para ilmuwan mulai melakukan riset mengenai sistem kuantum
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 kuantum yaitu algoritma shor dan
algoritma grover.
- Algoritma Shor
Algoritma yang ditemukan oleh Peter Shor pada tahun 1995. Dengan
menggunakan algoritma ini, sebuah komputer kuantum dapat memecahkan
sebuah kode rahasia yang saat ini secara umum digunakan untuk
mengamankan pengiriman data. Kode yang disebut kode RSA ini, jika
disandikan melalui kode RSA, data yang dikirimkan akan aman karena kode
RSA tidak dapat dipecahkan dalam waktu yang singkat. Selain itu,
pemecahan kode RSA membutuhkan kerja ribuan komputer secara paralel
sehingga kerja pemecahan ini tidaklah efektif.
- Algoritma Grover
Algoritma Grover adalah sebuah algoritma kuantum yang menawarkan
percepatan kuadrat dibandingkan pencarian linear klasik untuk list tak
terurut. Algoritma Grover menggambarkan bahwa dengan menggunakan
pencarian model kuantum, pencarian dapat dilakukan lebih cepat dari
model komputasi klasik. Dari banyaknya algoritma kuantum, algoritma
grover akan memberikan jawaban yang benar dengan probabilitas yang
tinggi. Kemungkinan kegagalan dapat dikurangi dengan mengulangi
algoritma. Algoritma Grover juga dapat digunakan untuk memperkirakan
rata-rata dan mencari median dari serangkaian angka, dan untuk
memecahkan masalah Collision.
Komunikasi kuantum
Namun,
sebagai kompensasi dari semua itu, komputer kuantum juga memberikan
cara baru dalam berkomunikasi secara aman lewat apa yang disebut dengan
komunikasi kuantum. Lewat komunikasi kuantum, penerima dan pengirim data
dapat mengetahui jika terdapat pihak ketiga yang mencoba untuk menyadap
komunikasi yang mereka lakukan. Namun, komunikasi kuantum hanya mungkin
jika tingkat noise dalam sebuah saluran komunikasi tidaklah terlalu
tinggi. Saat ini, British Telecom telah berhasil membangun sebuah
jaringan komunikasi yang memiliki noise tidak lebih dari 9 persen dalam
jarak 10 km. Hal ini membuat komunikasi kuantum menjadi mungkin di masa
depan.
Selain
algoritma Shor, telah pula dikembangkan sebuah algoritma lain oleh Lov
Grover. Dengan menggunakan algoritma Grover, komputer kuantum dapat
melakukan pencarian data terhadap suatu database acak dengan kecepatan
yang jauh melebihi kecepatan komputer saat ini.
Implementasi Quantum Computing
Pada 19 Nov 2013 Lockheed Martin, NASA dan Google semua memiliki
satu misi yang sama yaitu mereka semua membuat komputer kuantum sendiri.
Komputer kuantum ini adalah superkonduktor chip yang dirancang oleh
sistem D - gelombang dan yang dibuat di NASA Jet Propulsion
Laboratories.
NASA dan Google berbagi sebuah komputer kuantum untuk digunakan di
Quantum Artificial Intelligence Lab menggunakan 512 qubit D -Wave Two
yang akan digunakan untuk penelitian pembelajaran mesin yang membantu
dalam menggunakan jaringan syaraf tiruan untuk mencari set data
astronomi planet ekstrasurya dan untuk meningkatkan efisiensi searchs
internet dengan menggunakan AI metaheuristik di search engine
heuristical.
A.I. seperti metaheuristik dapat menyerupai masalah optimisasi
global mirip dengan masalah klasik seperti pedagang keliling, koloni
semut atau optimasi swarm, yang dapat menavigasi melalui database
seperti labirin. Menggunakan partikel terjerat sebagai qubit, algoritma
ini bisa dinavigasi jauh lebih cepat daripada komputer konvensional dan
dengan lebih banyak variabel.
Penggunaan metaheuristik canggih pada fungsi heuristical lebih
rendah dapat melihat simulasi komputer yang dapat memilih sub rutinitas
tertentu pada komputer sendiri untuk memecahkan masalah dengan cara yang
benar-benar cerdas . Dengan cara ini mesin akan jauh lebih mudah
beradaptasi terhadap perubahan data indrawi dan akan mampu berfungsi
dengan jauh lebih otomatisasi daripada yang mungkin dengan komputer
normal.
Refrensi :
http://quantumstudyclub.blogspot.co.id/2008/03/quantum-computer.html
http://flashintata.blogspot.co.id/2013/05/quantum-computation.html
http://wayansuryaadi.blogspot.co.id/2014/05/quantum-computing.html
Refrensi :
http://quantumstudyclub.blogspot.co.id/2008/03/quantum-computer.html
http://flashintata.blogspot.co.id/2013/05/quantum-computation.html
http://wayansuryaadi.blogspot.co.id/2014/05/quantum-computing.html