Pengantar Quantum Computation
A.
Pendahuluan
Quantum
Computation atau komputer kuantum adalah sebuah alat untuk perhitungan, dimana
perhitungan ini menggunakan langsung fenomena kuantum mekanik dan perhitungan
ini seperti superposisi dan belitan untuk melakukan operasi pada data. Kuantum
komputer berbeda dari komputer tradisional yang didasarkan pada transistor.
Perbedaan komputer kuantum dengan komputer klasik adalah pada sebuah komputer klasik memiliki memori terdiri dari bit, dimana tiap
bitmewakili salah satu atau nol. Sedangkan sebuah komputer kuantum mempertahankan urutan qubit.Sebuah qubit tunggal dapat mewakili satu, nol, atau, krusial. 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.
Ide mengenai
komputer kuantum 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 kuantum yang juga dapat melakukan proses penghitungan. Fenyman
juga mengemukakan bahwa sistem ini bisa menjadi simulator bagi percobaan fisika
kuantum. Selanjutnya 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.
Walaupun
komputer kuantum masih dalam pengembangan, telah dilakukan eksperimen dimana
operasi komputasi kuantum 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
kuantum untuk pengembangannya baik untuk keperluan rakyat maupun masalah
keamanan nasional seperti kriptoanalisis.
Telah
dipercaya dengan sangat luas, bahwa apabila komputer kuantum dalam skala besar
dapat dibuat, maka komputer tersebut dapat menyelesaikan sejumlah masalah lebih
cepat daripada komputer biasa. Komputer kuantum berbeda dengan komputer DNA dan
komputer klasik berbasis transistor, walaupun mungkin komputer jenis tersebut
menggunakan prinsip kuantum mekanik. Sejumlah arsitektur komputasi
seperti komputer optik walaupun
menggunakan superposisi klasik dari gelombang elektromagnetik, namun tanpa
sejumlah sumber kuantum mekanik yang spesifik sepertiketerkaitan,
maka tak dapat berpotensi memiliki kecepatan komputasi sebagaimana yang
dimiliki oleh komputer kuantum.
B.
Entanglement
Para ahli
fisika dari University of Maryland telah satu langkah lebih dekat ke komputer
kuantum dengan mendemonstrasikan eksistensi entanglement antara dua gurdi
kuantum, masing-masing diciptakan dengan tipe sirkuit padat yang dikenal
sebagai persimpangan Josephson.
Dipublikasikan
dalam jurnal Science edisi pekan ini, hasil ini menunjukkan kemajuan terbaru
dalam upaya ilmiah menerapkan sifat fisika kuantum pada pembuatan komputer yang
jauh lebih bagus dibanding superkomputer yang ada saat ini.
Tim
fisikawan yang dipimpin oleh profesor Fred Wellstood dari Center for
Superconductivity
Research
(pusat penelitian milik Jurusan Fisika University of Maryland) mengatakan
penemuan mereka adalah yang pertama mengindikasikan keberhasilan penciptaan
entanglement antara qubit persimpangan Josephson. Entanglement adalah efek
mekanik kuantum yang mengaburkan jarak antara partikel individual sehingga
sulit menggambarkan partikel tersebut terpisah meski Anda berusaha memindahkan
mereka.
Jadi apa itu
Entanglement ? Entanglement adalah esensi komputasi kuantum karena
ini adalah jalinan kualitas yang berhubungan dengan lebih banyak informasi
dalam bit kuantum dibanding dengan bit komputing klasik,” demikian Andrew
Berkley, salah satu peneliti. Temuan terbaru ini mendekatkan jalan menuju
komputer kuantum dan mengindikasikan bahwa persimpangan Josephson pada akhirnya
dapat digunakan untuk membangun komputer supercanggih.
C.
Pengopeasian data qubit
Ilmu informasi quantum dimulai dengan menggeneralisir sumberdaya fundamental informasi klasik—bit—menjadi bit quantum, atau qubit. Sebagaimana bit merupakan objek ideal yang diabstraksi dari prinsip-prinsip fisika klasik, qubit adalah objek quantum ideal yang diabstraksi dari prinsip-prinsip mekanika quantum. Bit bisa direpresentasikan dengan kawasan-magnetik pada cakram, voltase pada sirkuit, atau tanda grafit yang dibuat pensil pada kertas. Pemfungsian status-status fisikal klasik ini sebagai bit tidak bergantung pada detil bagaimana mereka direalisasikan. Demikian halnya, atribut-atribut qubit adalah independen dari representasi fisikal spesifik sebagai pusingan nukleus atom atau, katakanlah, polarisasi photon cahaya.
Bit digambarkan oleh statusnya, 0 atau 1. Begitu pula, qubit digambarkan oleh status quantumnya. Dua status quantum potensial untuk qubit ekuivalen dengan 0 dan 1 bit klasik. Namun dalam mekanika quantum, objek apapun yang memiliki dua status berbeda pasti memiliki rangkaian status potensial lain, disebut superposisi, yang menjerat kedua status hingga derajat bermacam-macam. Status-status qubit yang diperkenankan persisnya merupakan semua status yang harus bisa dicapai, secara prinsip, oleh bit klasik yang ditransplantasikan ke dalam dunia quantum. Status-status qubit ekuivalen dengan titik-titik di permukaan bola, di mana 0 dan 1 sebagai kutub selatan dan utara [lihat boks di bawah]. Kontinum status antara 0 dan 1 membantu perkembangan banyak atribut luar biasa informasi quantum.
Ilmu informasi quantum dimulai dengan menggeneralisir sumberdaya fundamental informasi klasik—bit—menjadi bit quantum, atau qubit. Sebagaimana bit merupakan objek ideal yang diabstraksi dari prinsip-prinsip fisika klasik, qubit adalah objek quantum ideal yang diabstraksi dari prinsip-prinsip mekanika quantum. Bit bisa direpresentasikan dengan kawasan-magnetik pada cakram, voltase pada sirkuit, atau tanda grafit yang dibuat pensil pada kertas. Pemfungsian status-status fisikal klasik ini sebagai bit tidak bergantung pada detil bagaimana mereka direalisasikan. Demikian halnya, atribut-atribut qubit adalah independen dari representasi fisikal spesifik sebagai pusingan nukleus atom atau, katakanlah, polarisasi photon cahaya.
Bit digambarkan oleh statusnya, 0 atau 1. Begitu pula, qubit digambarkan oleh status quantumnya. Dua status quantum potensial untuk qubit ekuivalen dengan 0 dan 1 bit klasik. Namun dalam mekanika quantum, objek apapun yang memiliki dua status berbeda pasti memiliki rangkaian status potensial lain, disebut superposisi, yang menjerat kedua status hingga derajat bermacam-macam. Status-status qubit yang diperkenankan persisnya merupakan semua status yang harus bisa dicapai, secara prinsip, oleh bit klasik yang ditransplantasikan ke dalam dunia quantum. Status-status qubit ekuivalen dengan titik-titik di permukaan bola, di mana 0 dan 1 sebagai kutub selatan dan utara [lihat boks di bawah]. Kontinum status antara 0 dan 1 membantu perkembangan banyak atribut luar biasa informasi quantum.
D. Quantum Gates
Dalam kuantum komputer dan khususnya model rangkaian kuantum perhitungan, sebuah quantum gates atau quantum logic gates adalah dasar kuantum sirkuit operasi pada sejumlah kecil qubit.Mereka adalah blok bangunan sirkuit kuantum, seperti logic gates klasik untuk sirkuit digitalkonvensional.
E. Algoritma Shor
Algoritma Shor adalah contoh lanjutan paradigma dasar (berapa banyak waktu komputasi diperlukan untuk menemukan faktor bilangan bulat n-bit?), tapi algoritma ini tampak terisolir dari kebanyakan temuan lain ilmu informasi quantum. Sekilas, itu cuma seperti trik pemrograman cerdik dengan signifikansi fundamental yang kecil. Penampilan tersebut menipu; para periset telah menunjukkan bahwa algoritma Shor bisa ditafsirkan sebagai contoh prosedur untuk menetapkan level energi sistem quantum, sebuah proses yang fundamental. Seiring waktu berjalan dan kita mengisi lebih banyak pada peta, semestinya kian mudah memahami prinsip-prinsip yang mendasari algortima Shor dan algoritma quantum lainnya dan, kita harap, mengembangkan algoritma baru.
link:
