Komputer Quantum
Mesin Turing, yang dikembangkan oleh Alan Turing pada tahun
1930an, adalah perangkat teoretis yang terdiri dari pita rekaman dengan panjang
tak terbatas yang terbagi menjadi kotak-kotak kecil. Setiap persegi bisa
memiliki sebuah simbol (1 atau 0) atau dibiarkan kosong. Perangkat baca-tulis
yang ada saat itu akan membaca simbol-simbol dan kekosongan ini, yang memberi
mesin instruksi untuk melakukan program tertentu.
Nah, dalam mesin Turing kuantum, perbedaannya adalah pita
rekaman itu ada dalam keadaan kuantum, seperti halnya kepala perangkat
baca-tulis. Ini berarti bahwa simbol pada pita itu bisa berupa 0 atau 1, atau
superposisi 0 dan 1; dengan kata lain simbol-simbolnya adalah 0 dan 1 (dan
semua titik di antaranya) pada saat bersamaan. Sementara mesin Turing biasa
hanya bisa melakukan satu perhitungan sekaligus, mesin Turing kuantum bisa
melakukan banyak perhitungan sekaligus.
Komputer modern yang ada saat ini, seperti mesin Turing, bekerja
dengan memanipulasi bit yang ada di salah satu dari dua keadaan ini: 0 atau 1.
Komputer kuantum tidak terbatas pada dua keadaan. Komputer kuantum mengkodekan
informasi sebagai quantum bits, atau qubit, yang biasa ditemukan dalam
superposisi. Qubit mewakili atom, ion, foton atau elektron dan perangkat
kontrol yang bekerja bersama sebagai memori komputer dan prosesor. Karena
komputer kuantum dapat menampung banyak keadaan dan perhitungan ini secara
bersamaan, komputer kuantum memiliki berpotensi untuk jadi jutaan kali lebih
kuat daripada superkomputer paling kuat yang ada saat ini.
Suatu hari, para ahli percaya bahwa komputer
kuantum akan menggantikan chip silikon, sama seperti transistor yang telah
menggantikan tabung hampa udara. Tapi untuk saat ini, teknologi yang dibutuhkan
untuk mengembangkan komputer kuantum semacam itu berada di luar jangkauan kita.
Sebagian besar penelitian dalam komputasi kuantum masih sangat teoritis.
Saat ini, komputer kuantum paling maju kemampuannya tidak
melampaui memanipulasi lebih dari 16 qubit. Artinya, kemampuannya jauh berbeda
dengan aplikasi praktis. Namun, potensi komputer kuantum suatu hari bisa
bekerja lebih cepat dan mudah untuk melakukan perhitungan yang sangat menyita
waktu pada komputer konvensional tetap ada. Beberapa kemajuan penting telah
dilakukan dalam komputasi kuantum dalam beberapa tahun terakhir.
Quantum Entanglement
Entanglement adalah efek mekanik kuantum yang mengaburkan jarak
antara partikel individual sehingga sulit menggambarkan partikel tersebut
terpisah meski anda berusaha memindahakna mereka. Contoh dari kuantum
entanglement kaitan antara penentuan jam sholat dan quantum entanglement. Mengapai
jam sholat dibuat seragam ? karena dengan demikian secara massal banyak manusia
di beberapa wilayah secara serentak masuk ke ona entanglement bersamaan.
Pengertian lain
Quantum entanglement adalah bagian dari fenmena quantum mechanical
yang menyatakan bahwa dua atau lebih objek dapat digambarkan mempunyai hubungan
dengan objek lainnya walaupun objek tersebut berdidi sendiri dan terpisah
dengan objek lainya. Quantum entanglement meperukana salah satu konsep yang membuat
einsten mengkritisi teori quantum mechanical. Einsten menunjukan kelamahan teori
quantum mechanical yang menggunakan entanglement
merupakan suatau yang “spooky action at a distance” karena einsten tidak
mempercayai quantum partikel lainya melebihi kecepetan cahaya. Namun beberapa
tahun kemudian, ilmuan john bell membuktikan bahwa dapat dibuktikan dengan etnanglemetn
dapat terjadi pada partikel yang sangat kecil.
Penggunan quantung entanlemet saat ini dimplementasikan dalam
berbagai bidang salah satunya adalah pengiriman pesan pensan rahasia yang sulit
untuk di enskripsi dan pembutan computer yang mempunyai performa yang sangat
cepat.
Data Qubit
Qubit merpukan kuantum bit, mitra dalam komputasi kuantum dengan
digit biner atu bit dari komputasi klasik. Sama seperti sedikit adalah untuk
dasar informasi dalam computer klasik. Qubit adalah unit dasar informasi dalam computer
kuantum. Dalam computer kuantum sejumlah partikel elemental seperti elektro
atau foto dapat digunakan dalam praktek keberasilan juga telah tercapai dengan
ion.baik dengna biaya mereka atau polirassi bertindak sebagai reprentasi 0 dan
1. Setiap partikel partikel ini dikenal sebagai qubit. Sidat dan perilaku
pertikel partikel ini seperti diungkapkan dalam teori kuantum. Membentuk dasar
dari komputasi kuantum. Dua aspek yang saling relavan 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 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.
Algoritma Shor
Sebuah komputer kuantum tidaklah sama
dengan komputer klasik. Hal ini tidak dalam hal kecepatan saja, namun juga
dalam hal pemrosesan informasi. Sebuah komputer kuantum dapat mensimulasikan
sebuah proses yang tidak dapat dilakukan oleh komputer klasik. Hal ini membuat
para ilmuwan harus memiliki paradigma baru dalam hal permrosesan informasi.
Selama ini, sebuah komputer bekerja
didasarkan hukum-hukum fisika klasik. Informasi didefinisikan secara positif, direpresentasikan
secara material dan diproses berdasarkan hukum-hukum fisika klasik. Ketika para
fisikawan masuk ke dalam teori kuantum dalam pemrosesan informasi, mereka
diharuskan untuk mengubah pandangan mereka mengenai pemrosesan informasi. Lebih
jauh lagi, mereka harus mengembangkan sebuah sistem logika baru yang mengikuti
hukum-hukum fisika kuantum. Sistem logika baru ini disebut dengan logika
kuantum. Sistem logika kuantum berbeda sama sekali dengan sistem logika yang
selama ini dipakai, yaitu sistem logika yang dikembangkan oleh Aristoteles.
Dengan sistem logika yang baru, para
ilmuwan harus memikirkan sebuah algoritma yang berbeda untuk memproses
informasi. Inilah yang sebenarnya merupakan inti dari komputer kuantum.
Beberapa algoritma telah dikembangkan dan yang di antaranya telah berhasil
ditemukan adalah algoritma Shor yang ditemukan oleh Peter Shor pada tahun 1995.
Lewat algoritma Shor ini, sebuah komputer kuantum dapat memecahkan sebuah kode
rahasia yang saat ini secara umum digunakan untuk mengamankan pengiriman data.
Kode ini disebut kode RSA. 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.
Sebagai contoh, seorang pemecah kode
akan membutuhkan waktu 8 bulan dan 1.600 pengguna internet jika ia akan
memecahkan kode RSA yang disandikan dalam 129 digit. Jika hal ini mungkin,
pengirim data hanya perlu menambahkan digit pada kode RSA-nya agar para pemecah
kode membutuhkan waktu yang lebih lama lagi untuk memecahkan kuncinya. Sebagai
gambaran, pemecahan kode RSA 140 (140 digit) akan membutuhkan waktu yang lebih
lama dari umur alam semesta (15 miliar tahun). Namun, jika pemecah kode
menggunakan komputer kuantum, mereka dapat memecahkan kode RSA 140 hanya dalam
waktu beberapa detik. Hal inilah yang membuat waswas para pengguna channel
komunikasi rahasia saat ini untuk melakukan pengiriman data secara aman.
