PENGANTAR QUANTUM COMPUTATION

Pendahuluan

Quantum (kuantum) merupakan jumalah atau quantity. Computation (komputasi) merupakan cara untuk menemukan pemecahan masalah.

Quantum Computation atau Komputasi Kuantum adalah salah satu bidang studi yang di fokuskan pada teknologi komputer yang berkembang berdasarkan prinsip - prinsip teori kuantum.

Sedangkan Quantum Computer atau Komputer Kuantum adalah alat hitung untuk melakukan operasi data yang menggunakan sebuah fenomena mekanika kuantum (cabang dasar fisika pada tataran sistem atom dan sub atom), mekanika kuantum memberikan kerangka matematika untuk berbagai cabang fisika dan kimia.

Komputer kuantum masih dalam pengembangan, baik untuk keperluan rakyat maupun masalah kemanan nasional. 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 seperti keterkaitan, maka tak dapat berpotensi memiliki kecepatan komputasi sebagaimana yang dimiliki oleh komputer kuantum.  

Dalam komputasi klasik jumlah data dihitung dengan bit, dalam komputer kuantum hal ini dilakukan dengan qubit (kuantum bit). 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 tersebut.

Untuk mengembangkan komputer dengan sistem kuantum diperlukan suatu logika baru yang sesuai dengan prinsip kuantum.

Entanglement

Entanglement (penggabungan) merupakan sebuah keadaan dimana dua atau lebih partikel tetap terkoneksi atau berhubungan meski pun terpisah dengan jarak yang jauh, 

Quantum entanglement adalah bagian dari fenomena quantum mechanical yang menyatakan bahwa dua atau lebih objek dapat di gambarkan mempunyai hubungan dengan objek lain, walaupun objek tersebut berdiri sendiri dan terpisah dengan objek lain nya. 

Quantum entanglement adalah salah satu fenomena paling unik di dunia Quantum Fisika. Fenomena ini memungkinkan dua atom untuk mempunyai properti yang sama atau berlawanan satu sama lain, tanpa adanya interaksi diantara keduanya. Jadi meskipun jarak memisahkan dua atom itu, keduanya akan tetap terhubung seketika seolah ada sinyal yang mampu mempengaruhi keadaan mereka yang bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya.  

Implementasi quantum entanglement dalam beberapa bidang yaitu pengiriman pesan - pesan rahasia yang sulit untuk dienkripsi dan pembuatan komputer yang mempunyai performa yang sangat cepat.

Komputer kuantum yang menggunakan algoritma ini dapat memecahkan sebuah kode rahasia yang saat ini secara umum digunakan untuk mengamankan pengiriman data. Kode yang disebut RSA ini, jika disandikan, maka data yang dikirimkan akan aman, karena RSA membutuhkan kerja ribun komputer secara paralel sehingga kerja pemecahan ini tidaklah efektif.

Yang mingkin dapat di terapkan dalam kehidupan sehari - hari :

- Sistem komunikasi super cepat

- Sistem enkripsi

- Sistem waktu presisi

- Super komputer

- Pengiriman barang atau mungkin manusia

Quantum Gates & Algoritma Shor

Quantum Gates

Quantum Gates atau Gerbang Kuantum merupakan sebuah atuean logika atau gerbang logika yang berlaku pada kumputer kuantum. Prinsip kerja 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 qubit (quantum bit), sehingga quantum gates lebih sulit untuk dihitung dari pada gerbang logika pada komputer digital. 

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 atau 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 nya menunjukkan bagaimana cara untuk membuat sirkuit reversibel yang mensimulasikan dan sirkuit ireversibel sementara untuk membuat penghematan yang besar dalam jumlah ancillae yang digunakan. Gerbang reversibel ireversibel klasik dan klasik saja, 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 waktu, sehingga juga bisa setiap kuantum perhitungan dapat dipecah menjadi urutan gerbang logika kuantum yang bekerja pada hanya beberapa qubit pada suatu waktu.

Perbedaan utama adalah bahwa gerbang logika klasik memanipulasi nilai bit klasik, 0 atau 1, gerbang kuantum dapat sewenang-wenang memanipulasi nilai kuantum multi-partite termasuk superposisi dari komputasi dasar yang juga dilibatkan. Jadi gerbang logika kuantum perhitungannya jauh lebih bervariasi daripada gerbang logika perhitungan klasik.

Algoritma Shor

Algoritma Shor, dinamai oleh Peter Shor, adalah algoritma kuantum yang merupakan suatu algoritma yang berguna untuk faktorisasi bilangan bulat. Algoritma Shor dirumuskan pada tahun 1994.  Inti dari algoritma ini merupakan bagaimana cara menyelesaikan faktorisasi terhaadap bilanga interger atau bulat yang besar.

Sebuah komputer kuantum tidak lah 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. 

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.

Referensi :

- http://www.danielnugroho.com/science/prinsip-dasar-dalam-teori-mekanika-kuantum/

- https://id.wikipedia.org/wiki/Mekanika_kuantum

- https://id.wikipedia.org/wiki/Komputer_kuantum

- http://aninditasaktiaji.com/5-fungsi-quantum-entanglement
- https://yuliatwn.wordpress.com/2016/04/26/498/