Quantum Computation

Halo, Apa kabar semuanya? Pernah gak sih kalian mendengar istilah "Quantum Computation"? pasti sangat asing bukan di telingan kalian. di telinga saya saja sangat asing hehe.. Nah untuk itu yuk kita bahas apa itu Quantum Computation?  Bagaimana perkembangannya? Apa keuntungan dan kerugiannya? dan lainnya yang berhubungan dengan istilah tersebut? yuk mari kita kupas tuntas Quantum Computation itu.

Apa Sih Quantum Computer?

Merupakan alat hitung yang menggunakan mekanika kuantum seperti superposisi dan keterkaitan, yang digunakan untuk peng-operasi-an data. Dalam mekanika kuantum, suatu partikel bisa berada dalam dua keadaan sekaligus. Inilah yang disebut keadaan superposisi. Dalam komputer kuantum, selain 0 dan 1, dikenal pula superposisi dari keduanya. Ini berarti keadaannya bisa berupa 0 dan 1, bukan hanya 0 atau 1 seperti di komputer digital biasa. Komputer kuantum tidak menggunakan Bits tetapi QUBITS (Quantum Bits).

Karena kemampuannya untuk berada di bermacam keadaan (multiple states), komputer kuantum memiliki potensi untuk melaksanakan berbagai perhitungan secara simultan sehingga jauh lebih cepat dari komputer digital. Kini Sebuah perkembangan teknologi baru telah lahir yaitu Komputer Quantum, debutnya pada tanggal 13 February, 20 tahun lebih cepat dari jadwal sebelumnya.Kemampuan komputasi nya yang luar biasa ( dapat melakukan 64000 operasi secara simultan).

Dengan latar belakang Hukum Moore, Bahwa secara bertahap ukuran circuit chip akan semakin kecil didalam paket chip silikon dan nantinya akan tercapai suatu titik dimana masing-masing elemen tidak akan lebih luas dari ukuran beberapa atom. (Bisa dilihat HP, PDA dan Komputer-komputer sekarang yang makin kecil dan tipis aja..) Ini dikarenakan dalam skala atomik terdapat kelakuan dan sifat dari sirkuit yang memenuhi hukum fisika mekanika kuantum.

Bagaimana Sejarah Quantum Computation?

• 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).

• Saat ini piha google sudah melakukan percobaan dan pembuatan tentang computer kuantum ini. Google meneraplan Algoritma yang sama telah diterapkan pada produk lab Google yakni Google Image Swirl dimana secara cerdas komputer bisa menentukan dan mengelompokkan mana gambar mobil Jaguar dengan mana gambar binatang Jaguar. Atau misalnya mana kelompok gambar buah Apel dengan kelompok gambar komputer apple. Ini adalah salah satu contoh pengembangan computer kuantum yang dibuat google.

Perbedaan Dengan Komputer Biasa/Klasik Apa?

Memori komputer klasik merupakan string dari 0s dan 1s, dan ia mampu melakukan perhitungan hanya pada sekumpulan bilangan secara simultan. Memori komputer kuantum merupakan sebuah keadaan kuantum yang mrupakan superposisi dari bilangan-bilangan yang berbeda. Sebuah komputer kuantum dapat melakukan perhitungan klasik reversible secara bebas pada semua bilangan secara bersamaan.

Pelaksanaan sebuah komputasi pada bilangan yang berbeda pada saat yang sama dan kemudian penginterferesian semua hasil untuk mendapatkan satu jawaban, menjadikan sebuah komputer kuantum jauh lebih kuat daripada komputer klasik (West, 2000).

Sepanjang sejarah komputasi, bit tetap merupakan unit komputasi dasar informasi. Mekanika kuantum memungkinkan pengkodean informasi dalam bit kuantum (qubit). Tidak seperti bit klasik, yang hanya bisa menyimpan nilai tunggal – baik 0 atau 1 – qubit dapat menyimpan baik 0 dan 1 pada saat yang sama.

Selanjutnya, register kuantum 64 qubit dapat menyimpan nilai 264 sekaligus. Komputer Kuantum dapat melakukan perhitungan pada semua nilai-nilai ini pada saat yang sama. Namun, penggalian hasil dari perhitungan paralel masif telah terbukti sulit, membatasi jumlah aplikasi yang telah menunjukkan peningkatan kecepatan yang signifikan dibandingkan komputasi klasik.

Paralelisme klasik juga dapat meningkatkan jumlah nilai yang ditangani secara bersamaan, tapi lama sebelum mencapai jumlah paralelisme yang dicapai oleh sebuah komputer kuantum, sebuah sistem klasik kehabisan ruang. Untuk sistem klasik, jumlah paralelisme meningkat dalam proporsi langsung dengan ukuran sistem.

Entanglement? Apa Hubungannya?

Belitan adalah istilah yang digunakan dalam teori kuantum untuk menggambarkan cara bahwa partikel energi/materi dapat menjadi berkorelasi, diduga dan diprediksi berinteraksi satu sama lain terlepas dari seberapa jauh mereka berada. Keadaan ini tidak memiliki analogi klasiknya. Keadaan terbelit, seperti pasangan EPR yang akan kita bahas segera, bertanggung jawab atas sebagian besar pencapaian paralelisme sistem kuantum. Dengan demikian, komputasi yang memanfaatkan paralelisme kuantum sering disebut pengolahan informasi “belitan” yang disempurnakan (entanglement–enhanced information processing ).

Menurut mekanika kuantum kekuatan luar yang bekerja pada dua partikel dari sistem kuantum dapat menyebabkan mereka menjadi terbelit. Keadaan kuantum dari sistem ini dapat berisi semua posisi spin (momen magnetik internal) dari setiap partikel. Spin total sistem hanya bisa sama untuk nilai diskrit tertentu dengan probabilitas yang berbeda. Pengukuran spin total sistem kuantum tertentu menunjukkan bahwa posisi spin beberapa partikel tidak independen dari yang lainnya.

Untuk sistem tersebut, ketika orientasi spin dari satu partikel diubah dengan beberapa alasan, orientasi spin dari partikel lain akan berubah secara otomatis dan cepat. Hukum yang yang telah dikembangkan sejauh ini tentang kecepatan cahaya tidak taati dalam kasus ini, karena perubahan orientasi spin terjadi segera. Setidaknya ada hipotesis untuk menggunakan fenomena ini dalam komputasi kuantum.

Kecepatan komunikasi dibatasi oleh kecepatan cahaya karena tidak ada sesuatupun dapat melakukan perjalanan lebih cepat dari kecepatan cahaya. Pertanyaannya adalah bagaimana partikel dari sistem kuantum berkomunikasi ketika mereka mengubah orientasi spinnya dan akibatnya keadaan vektornya. Ilmuwan terkenal menghabiskan banyak waktu membahas masalah ini. Ide Einstein, bahwa beberapa “parameter tersembunyi” yang tidak diketahui dari sistem kuantum berkontribusi terhadap efek ini, telah ditolak secara teoritis dan eksperimental.

Hal ini adalah salah satu contoh yang menunjukkan perbedaan antara realitas klasik dan kuantum. Efek sistem kuantum ini dapat menjelaskan banyak aspek alam (misalkan karakteristik kimia dari atom dan molekul) dan telah dibuktikan melalui oleh eksperimen.

Sedangkan Qubits? Apa itu Qubits?

Dalam mekanika kuantum, apabila sistem memiliki dua atau lebih peluang yang memungkinkan, ia dapat menjelajahi mereka secara bersamaan. Setiap sistem dua keadaan, seperti jalur foton, dapat mewakili qubit. Dalam komputer kuantum, kita malah mungkin menggunakan dua orbit elektron dalam atom untuk mewakili qubit. Atom bisa eksis dalam superposisi dari 0 dan 1, mirip seperti lonceng yang dipukul dapat bergetar pada dua frekuensi yang berbeda secara bersamaan.

Dalam sebuah percobaan yang terkenal, cahaya dari satu sumber melewati dua celah, menciptakan sebuah pola interferensi pada layar. Bahkan ketika sumber cahaya hanya memancarkan satu foton pada suatu waktu, pola interferensi muncul. Standar teori kuantum mendalilkan bahwa setiap foton bergerak pada kedua jalur (path) sekaligus. Dengan demikian, partikel dapat berada di dua tempat pada saat yang sama. Dalam situasi tersebut, kita mengatakan bahwa posisi partikel berada dalam superposisi dari dua keadaan. Dua jalur perjalanan partikel dapat mewakili dua keadaan dari sebuah bit, 0 dan 1.

Apa Saja Algoritma Pada Quantum Computation?

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

Yaitu sebuah algoritma kuantum yang efisien bisa menguraikan pada pengali jumlah besar. Algortima ini merupakan pusat pada sistem yang menggunakan teori bilangan untuk memperkirakan periodisitas dari urutan nomor. Ditemukan oleh Peter Shor. Algortima ini di perbaharui oleh Lov Grover dari Bell Labs pada tahun 1996, dengan algoritma yang sangat cepat dan terbukti menjadi yang tercepat mungkin untuk mencari melalui database tidak terstruktur.

Algoritma ini sangat efisien sehingga hanya membutuhkan rata-rata, sekitar akar N persegi pencarian untuk menemukan hasil yang diinginkan, sebagai lawan pencarian dalam komputasi klasik, yang pada kebutuhan rata-rata N / 2 pencarian. N adalah jumlah total elemen.

Algoritma Shor didasarkan dari sebuah teori bilangan: fungsi F(a) = xamod n adalah feungsi periodik jika x adalah bilangan bulat yang relatif prima dengan n. Dalam Algoritma Shor, n akan menjadi bilangan bulat yang hendak difaktorkan. 

Pada masalah ini algoritma quantum shor memanfaatkan pararellisme quantum untuk melakukannya hanya dengan satu langkah. Karena F(A) adalah fungsi periodik, maka fungsi ini memiliki sebuah periode r. Diketahui x0mod n = 1, maka xr mod n =1, begitu juga x2r mod n dan seterusnya.

Algoritma Grover

Algoritma Grover adalah sebuah algoritma kuantum untuk mencari database disortir dengan entri N di O ( N1 / 2 ) waktu dan menggunakan O ( log N ) ruang penyimpanan (lihat notasi O besar ) . Lov Grover dirumuskan itu pada tahun 1996 . Dalam model komputasi klasik , mencari database unsorted tidak dapat dilakukan dalam waktu kurang dari waktu linier (jadi hanya mencari melalui setiap item optimal ) .

Algoritma Grover menggambarkan bahwa dalam model kuantum pencarian dapat dilakukan lebih cepat dari ini ; sebenarnya waktu kompleksitas O ( N1 / 2 ) adalah asimtotik tercepat mungkin untuk mencari database unsorted dalam model kuantum linear . Ini menyediakan percepatan kuadrat , seperti algoritma kuantum lainnya , yang dapat memberikan percepatan eksponensial atas rekan-rekan mereka klasik . Namun, bahkan percepatan kuadrat cukup besar ketika N besar .

Seperti banyak algoritma kuantum , algoritma Grover adalah probabilistik dalam arti bahwa ia memberikan jawaban yang benar dengan probabilitas tinggi . Kemungkinan kegagalan dapat dikurangi dengan mengulangi algoritma. ( Sebuah Contoh Bahasa dari algoritma kuantum deterministik adalah algoritma Deutsch – Jozsa , Yang Selalu menghasilkan jawaban Yang BENAR).

Bagaimana Implementasi Quantum Computation?

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. Dengan menggunakan desentralisasi, segerombolan kuantum AI, dimungkinkan untuk mensimulasikan perilaku muncul juga, seperti Langton itu semut, yang bisa melihat munculnya kecerdasan simulasi berbasis kuantum yang bisa pergi sejauh untuk menciptakan robot selular realistis pada komputer.

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.

Selain itu, dimungkinkan untuk menggunakan metaheuristik untuk melakukan koreksi kesalahan pada perangkat lunak menggunakan jaringan syaraf tiruan dengan membandingkan pemecahan sebuah komputer kuantum dengan perangkat lunak program reguler dari komputer biasa masalah dioptimalkan. Karena komputer biasa tidak kuantum mekanik, mereka harus diprogram klasik. Namun, dengan menggunakan metaheuristik kuantum dimungkinkan untuk melakukan optimasi masalah menggunakan kecerdasan buatan pada sebuah komputer kuantum dan kemudian dibandingkan dengan arsitektur baris perintah dalam software konvensional pada komputer klasik , yang mungkin terlalu rumit untuk memodifikasi.

Sekian & Terima Kasih sudah membaca :)

Sumber & Referensi:

https://id.wikipedia.org/wiki/Komputer_kuantum
http://raisaigaekklesia.blogspot.co.id/2014/05/quantum-computing.html
https://amoekinspirasi.wordpress.com/2014/05/15/pengertian-quantum-computing-dan-implementasinya/
http://ilmuti.org/wp-content/uploads/2014/05/Thiofany_Angelius_Dachi_Komputer_Kuantun.pdf
Google Image