Definisi
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 bit mewakili salah satu atau nol. Sedangkan sebuah komputer kuantum mempertahankan urutan qubit. Sebuah qubit tunggal dapat mewakili satu, nol, atau, krusial.
Quantum computing dibuat untuk melakukan operasi pada data yang mempermudah penggunanya untuk mengolah data. Pengembangan computer kuantum, jika praktis, akan menandai lompatan maju dalam kemampuan komputasi jauh lebih besar dari pada yang dari sempoa ke superkomputer modern, dengan keuntungan kinerja di alam miliar kali lipat dan seterusnya. Melakukan komputasi yang kompleks seperti yang dilakukan quantum computer dalam melakukan perhitungan intergerfactorization, yaitu jika terdapat bilangan maka akan dicoba untuk dituliskan sebagai perkalian bilangan prima.
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).
Keunggulan Komputasi Kuantum
Komputer kuantum memanfaatkan sebuah fenomena yang dinamakan super posisi yaitu dalam mekanika kuantum, suatu partikel bisa berada dalam dua keadaan sekaligus. Komputer kuantum juga menggunakan Qubits yaitu kemampuan untuk berada di berbagai macam keadaan. Komputer kuantum memiliki potensi untuk melaksanakan berbagai perhitungan secara simultan atau lebih rinci sehingga jauh lebih cepat dari komputer digital. Jadi intinya komputer kuantum lebih baik kemampuannya dan lebih cepat dibandingkan dengan komputer digital.
Perbandingan dengan Komputer Konvensional
Quantum Computer dapat memproses jauh lebih cepat daripada komputer konvensional. Pada dasarnya, quantum computer dapat memproses secara paralel, sehingga berkomputasi jauh lebih cepat. Quantum Computer dapat jauh lebih cepat dari komputer konvensional pada banyak masalah, salah satunya yaitu masalah yang memiliki sifat berikut:
- Satu-satunya cara adalah menebak dan mengecek jawabannya berkali-kali
- Terdapat n jumlah jawaban yang mungkin
- Setiap kemungkinan jawaban membutuhkan waktu yang sama untuk mengeceknya
- Tidak ada petunjuk jawaban mana yang kemungkinan benarnya lebih besar: memberi jawaban dengan asal tidak berbeda dengan mengeceknya dengan urutan tertentu.
Quantum Entanglement
Entanglement sendiri merupakan bagian dari Quantum Computation. Entanglement adalah suatu teori mekanika quantum yang menggambarkan seberapa cepat dan betapa kuatnya keterhubungan partikel-partikel pada Quantum computer yang dimana jika suatu partikel diperlakukan “A” maka akan memberikan dampak “A” juga ke partikel lainnya.
Ada juga pemahaman lain tentang Entanglement menurut Albert Einsten “Entanglement Kuantum” di istilahkan “Perbuatan Sihir Jarak Jauh” yang merupakan sifat dasar mekanika kuantum. Entanglement memungkinkan informasi kuantum tersebar dalam puluhan ribu kilometer, dan hanya dibatasi oleh seberapa cepat dan seberapa banyak pasangan entanglement dapat bekerja dalam ruang.
Pengertian lain yang saya dapatkan dari internet : [Quantum entanglement] merupakan fenomena yang menghubungkan dua partikel sedemikian rupa sehingga perubahan yang terjadi pada satu partikel seketika itu juga tercermin dalam partikel lainnya, meski mungkin secara fisik diantara mereka terpisah beberapa tahun cahaya.
Pengoperasian Data Qubit
Sebuah qubit adalah unit dasar informasi dalam sebuah komputer kuantum. Sementara sedikit dapat mewakili hanya satu dari dua kemungkinan seperti 0 / 1, ya / tidak, qubit dapat mewakili lebih: 0 / 1, 1 dan 0, probabilitas terjadinya setiap saat dikombinasikan dengan qubit lebih, dan semua yang secara bersamaan. 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).
Untuk memanipulasi sebuah qubit, maka menggunakan Quantum Gates (Gerbang Kuantum). Cara kerjanya yaitu sebuah gerbang kuantum bekerja mirip dengan gerbang logika klasik. Gerbang logika klasik mengambil bit sebagai input, mengevaluasi dan memproses input dan menghasilkan bit baru sebagai output.
Quantum Gates
Quantum Gates / Gerbang Quantum merupakan sebuah aturan logika / gerbang logika yang berlaku pada quantum computing. Prinsip kerja dari quantum gates hampir sama dengan gerbang logika pada komputer digital. Jika pada komputer digital terdapat beberapa operasi logika seperti AND, OR, NOT, pada quantum computing gerbang quantum terdiri dari beberapa bilangan qubits, sehingga quantum gates lebih susah untuk dihitung daripada gerang logika pada komputer digital.
Algoritma pada Quantum Computing
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 Shor bergantung pada hasil dari teori bilangan. Hasil ini adalah: fungsi periodik. Dalam konteks algoritma Shor, n akan menjadi bilangan yang akan difaktorkan. Jika dua bilangan tersebut adalah coprime itu berarti bahwa pembagi umumnya adalah 1. Perhitungan fungsi ini untuk jumlah eksponensial, dari itu akan mengambil waktu eksponensial pada komputer klasik. Algoritma Shor memanfaatkan paralelisme kuantum untuk melakukan jumlah eksponensial operasi dalam satu langkah.
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.
1. Kriptografi dan Algoritma Peter Shor
Pada tahun 1994 Peter Shor (Bell Laboratories) menemukan algoritma kuantum pertama yang secara prinsip dapat melakukan faktorisasi yang efisien. Hal ini menjadi sebuah aplikasi kompleks yang hanya dapat dilakukan oleh sebuah komputer kuantum. Pemfaktoran adalah salah satu masalah yang paling penting dalam kriptografi. Misalnya, keamanan RSA (sistem keamanan perbankan elektronik) ‐ kriptografi kunci publik ‐ tergantung pada pemfaktoran dan hal itu akan menjadi masalah yang besar. Karena banyak fitur yang bermanfaat dari komputer kuantum, para ilmuwan berupaya lebih untuk membangunnya. Apabila, pemecahan segala jenis enkripsi saat ini memerlukan waktu hampir seabad pada komputer yang ada, mungkin hanya memakan waktu beberapa tahun pada komputer kuantum (Maney, 1998).
2. Kecerdasan Buatan (Artificial Intelligence)
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa computer kuantum akan jauh lebih cepat dan konsekuensinya akan mampu melaksanakan sejumlah besar operasi dalam periode waktu yang sangat singkat. Di sisi lain, peningkatan kecepatan operasi akan membantu komputer untuk belajar lebih cepat meskipun dengan menggunakan salah satu metode yang paling sederhana, yaitu ”mistake bound model for learning”.
3. Manfaat Lain
Kinerja tinggi akan memungkinkan kita untuk mengembangkan algoritma kompresi yang kompleks, pengenalan suara dan citra, simulasi molekular, keacakan sesungguhnya (true randomness) dan komunikasi kuantum. Keacakan sangat penting dalam simulasi. Simulasi Molekular sangat penting untuk pengembangan aplikasi simulasi pada bidang kimia dan biologi. Dengan bantuan komunikasi kuantum baik pengirim maupun penerima akan diberitahukan jika ada penyusup yang akan mencoba untuk menangkap sinyal. Qubits juga memungkinkan lebih banyak informasi yang dapat dikomunkasikan per bit. Komputer kuantum menjadikan
komunikasi lebih aman.
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
Manfaat - Manfaat Komputer Quantum di Masa Depan:
1. Kriptografi dan Algoritma Peter Shor
Pada tahun 1994 Peter Shor (Bell Laboratories) menemukan algoritma kuantum pertama yang secara prinsip dapat melakukan faktorisasi yang efisien. Hal ini menjadi sebuah aplikasi kompleks yang hanya dapat dilakukan oleh sebuah komputer kuantum. Pemfaktoran adalah salah satu masalah yang paling penting dalam kriptografi. Misalnya, keamanan RSA (sistem keamanan perbankan elektronik) ‐ kriptografi kunci publik ‐ tergantung pada pemfaktoran dan hal itu akan menjadi masalah yang besar. Karena banyak fitur yang bermanfaat dari komputer kuantum, para ilmuwan berupaya lebih untuk membangunnya. Apabila, pemecahan segala jenis enkripsi saat ini memerlukan waktu hampir seabad pada komputer yang ada, mungkin hanya memakan waktu beberapa tahun pada komputer kuantum (Maney, 1998).
2. Kecerdasan Buatan (Artificial Intelligence)
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa computer kuantum akan jauh lebih cepat dan konsekuensinya akan mampu melaksanakan sejumlah besar operasi dalam periode waktu yang sangat singkat. Di sisi lain, peningkatan kecepatan operasi akan membantu komputer untuk belajar lebih cepat meskipun dengan menggunakan salah satu metode yang paling sederhana, yaitu ”mistake bound model for learning”.
3. Manfaat Lain
Kinerja tinggi akan memungkinkan kita untuk mengembangkan algoritma kompresi yang kompleks, pengenalan suara dan citra, simulasi molekular, keacakan sesungguhnya (true randomness) dan komunikasi kuantum. Keacakan sangat penting dalam simulasi. Simulasi Molekular sangat penting untuk pengembangan aplikasi simulasi pada bidang kimia dan biologi. Dengan bantuan komunikasi kuantum baik pengirim maupun penerima akan diberitahukan jika ada penyusup yang akan mencoba untuk menangkap sinyal. Qubits juga memungkinkan lebih banyak informasi yang dapat dikomunkasikan per bit. Komputer kuantum menjadikan
komunikasi lebih aman.
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
