Peran teknologi dalam pengembangan teknologi informasi (IT, information technology), sudah tidak diragukan lagi. Bertambahnya kecepatan komputer dari waktu ke waktu, meningkatnya kapasitas hardisk dan memori, semakin kecil dan bertambahnya fungsi telepon genggam, adalah contohcontoh
kongkrit produk teknologi di bidang IT. Teknologi komputer merupakan salah satu teknologi yang
paling cepat mengalami perkembangan dan kemajuan. Komputer-komputer yang ada saat ini sudah mencapai kemampuan yang sangat mengagumkan. Tetapi kedahsyatan komputer tercanggih yang ada saat ini pun masih belum bisa memuaskan keinginan manusia yang bermimpi untuk membuat sebuah superkomputer yang benar-benar memiliki kecepatan super. Komputer yang nantinya layak untuk benar-benar disebut sebagai Komputer Super ini adalah Komputer Kuantum. Teori tentang komputer kuantum ini pertama kali dicetuskan oleh fisikawan dari Argonne National Laboratory sekitar 20 tahun lalu. Paul Benioff merupakan orang pertama yang mengaplikasikan teori fisika kuantum pada dunia komputer di tahun 1981. Komputer yang biasa kita gunakan sehari-hari merupakan komputer digital. Komputer digital sangat berbeda dengan komputer kuantum yang super itu. Komputer digital bekerja
dengan bantuan microprocessor yang berbentuk chip kecil yang tersusun dari banyak transistor. Microprocessor biasanya lebih dikenal dengan istilah Central Processing Unit (CPU) dan merupakan ‘jantung’nya komputer. Microprocessor yang pertama adalah Intel 4004 yang diperkenalkan pada tahun 1971. Komputer pertama ini cuma bisa melakukan perhitungan penjumlahan dan pengurangan saja. Adapun permasalahannya adalah ketidakpuasan manusia terhadap kecepatan pada komputer konvensional yang ada sekarang. Kajian ini ditulis dengan tujuan untuk mengkaji sejauh mana teori-teori yang berkembang tentang komputer kuantum yang berkembang akhir-akhir ini. Sedangkan manfaat dari penelitian ini adalah untuk memperluas pengetahuan tentang teknologi komputer kuantum, khususnya bagi penulis dan pembaca.
b. Entanglement
Satu tim fisikawan Harvard yang dipimpin oleh Mikhail D. Lukin telah mencapai entanglement kuantum antara foton dan materi keadaan padat. Penelitian ini menjadi kemajuan penting loh dalam jaringan kuantum praktis. Soalnya ini merupakan bukti eksterimen pertama dimana bit kuantum keadaan padat, alias Qubit dapat berkomunikasi satu sama lain, dalam jarak yang panjang.
Penerapan jaringan kuantum di masa depan bisa untuk komunikasi jarak jauh. Selain itu juga pada komputasi tersebar. Tapi penerapan ini memerlukan penemuan cara pemprosesan node dan penyimpanan data kuantum dalam Qubits. Hal ini berarti memerlukan juga cara menyambungkan tiap node satu sama lain termasuk dengan penyimpan Qubits itu sendiri. Gini loh analoginya. Penyimpan qubits itu perangkat elektronik, terus node-node itu ya perangkat elektronik kecil di motherboard dan cara pemprosesan node itu ya Operating systemnya lah, aturan logika programnya. Nah penelitian Mikhail D Lukin ini menemukan caranya perangkat-perangkat itu disambungkan. Cara penyambungannya adalah entanglement. Entanglement sendiri adalah keadaan dimana dua atom yang berbeda berhubungan sedemikian hingga satu atom mewarisi sifat atom pasangannya. Menurut Lukin, dalam komputasi kuantum dan komunikasi kuantum, pertanyaannya adalah apakah atau bagaimana caranya menghubungkan kubit-kubit yang terpisah dalam jarak yang jauh, satu sama lain. Lukin ini profesor fisika Harvard lo. Peneliti lainnnya adalah Emre Togan, mahasiswa pasca sarjana fisika di Harvard.
karenanya penunjukkan adanya entanglement kuantum antara material keadaan padat dan foton adalah kemajuan penting untuk menghubungkan kubit bersama dalam jaringan kuantum. Sebelumnya entanglement kuantum hanya terjadi pada foton dan ion atau atom individual.
Penelitian Lukin dkk merupakan salah satu kemajuan dimana seorang insinyur bisa merancang dan mengendalikan interaksi antara foton individual dan materi dalam bahan keadaan padat. Yang ditunjukkan Lukin dkk adalah foton dapat ditanam dengan informasi yang tersimpan dalam kubit.
Entanglement Kuantum, yang di istilahkan “perbuatan sihir jarak jauh” oleh Albert Einstein, 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.
Hasil terbaru ini bertopang pada hasil penelitian sebelumnya oleh tim Lukin sendiri yang menggunakan pengotoran satu atom dalam intan sebagai qubits. Lukin dkk sebelumnya telah menunjukkan kalau pengotoran ini dapat dikendalikan dengan cara memfokuskan laser pada kisi intan dimana nitrogen menggantikan sebuah atom karbon. Penelitian sebelumnya tersebut menunjukkan kalau derajat kebebasan spin pengotoran ini menjadi memori kuantum yang luar biasa.
Karena foton adalah pembawa informasi kuantum paling cepat, dan ingatan spin dapat menyimpan informasi kuantum dalam waktu lama. Pasangan spin-foton entanglement menjadi bahan ideal untuk realisasi jaringan kuantum. Jaringan kuantum demikian analog dengan internet, yang dapat mentransportasikan informasi dan komunikasi dengan aman dalam jarak sangat jauh.
c. Pengoperasian Data Qubit
Perhatikan dua contoh binary berikut ini: 011 dan 111. Binary pertama adalah 3 dan binary ke dua adalah 7. Secara umum, tiga digit angka tersebut ditulis dengan 23 = 8 dalam konfigurasi yang berbeda yang mewakili integer 0 sampai 7. Namun, tiga digit angka yang tersimpan tersebut hanya mampu menyimpan satu angka pada suatu keadaan waktu. Qubit pada sistem quantum yang ditulis Boolen dengan angka 0 dan 1 diwakili oleh suatu ketetapan kuantum normal dan orthogonal mutual yang dinyatakan dengan {|0>,|1>}. Kedua bentuk tersebut membentuk sebuah basis komputasional dan yang lain ditulis sebagai superposisi yaitu α|0> + β|1> dimana dan dalam hal itu adalah | | 2 + | | 2 = 1. Qubit adalah tipikal sistem mikroskopik, misalnya : atom, nuclear spin dan polarisasi photon. Kumpulan dari qubit n dinamakan sebuah register quantum yang berukuran n. Kita asumsikan bahwa informasi disimpan dalam bentuk binary register. Sebagai contoh angka 6 diwakili oleh |1> ⨂ |1> ⨂ |0>. Pada bentuk notasi yang rapi, |a> merupakan produk tensor |an-1> ⊗ |an-2> ....|a1> ⨂ |a0 dimana ai ∈{0,1} dan mewakili sebuah register kuantum yang dengan nilai a= 20 a0 + 21 a1 + ......2n-1 an-1. Ada 2n macam keadaan, yang mewakili semua binary dari panjang n atau angka dari 0 sampai 2n-1, dan kesemuanya membentuk basis komputatisional yang baik. Pada contoh berikut ai ∈{0,1}n (a adalah binary string dengan dengan panjang n) menyatakan bahwa |a>termasuk ke dalam basis komputasional. Sehingga guantum register angka 3 bisa menyimpan angka 3 atau 7 tersendiri, |0> ⨂ |1> ⨂ |1> |011> |3>, dan |1> ⨂ |1> ⨂ |1> |111> |7>. Namun, bisa juga menyimpan keduanya sekaligus. Bagaimana kalau kita ambil qubit pertama, dan daripada menempatkannya ke dalam |0> ataupun |1>, kita siapkan superposisi 1∕ 2 (|0> + |1>), kemudian didapatkan:
Pada kenyataannya, kita bisa menyiapkam register ini ke dalam superposisi dengan semua delapan angka -- sangatlah cukup untuk meletekkan setiap qubit ke dalam superposisi 1⁄ 2 (|0> + |1>) sehingga,
Yang juga bisa ditulis ke dalam binary berikut: (konstanta normalisasi 2 − 3 / 2 diabaikan),
Atau secara sederhana seperti:
d. Quantum Gates
Pengolahan di atas, dan manipulasi qubit lainnya harusdilakukan oleh operasi gabungan (unitary operations). Gatelogika kuantum merupakan alat yang melakukan operasi
gabungan yang benar pada qubit yang terpilih dan pada waktuyang juga tepat. Jaringan kuantum adalah sebuah alat yang terdiri dari gate logika kuantum yang langkah
komputasionalnya disingkronisasikan dengan waktu. Outputdari sejumlah gate dihubungkan oleh sejumlah kabel mengarah ke input lainnya. Ukuran jaringan adalah jumlah gate didalamnya.
A. Hadamard Gate
Gate kuantum yang paling umum adalah Gate Hadamard, yaitu gate qubit tunggal H melakukan transformasi gabungan yang dikenal dengan istilah Transformasi Hadamard, dan didefinisikan oleh:
Matriks di atas ditulis dalam basis komputasional {|0>,|1> serta diagram di bagian kanan menampilkan gambaran skematik dari gate H berdasarkan qubit dalam |x>, dengan x=0,1.
B. Fase Shift Gate
Gate qubit tunggal lainnya – shift gate ∅ diartikan sebagai |0> ⟼ |0> dan |1> ⟼ ei∅, atau, dalam notasi matriks,
Gate Hadamard dan gate shift bisa digabungkan untuk membangun jaringan berikutnya (dengan ukuran 4) yang menghasilkan keadaan nyata yang paling umum dari qubit tunggal (sampai ke fase global), konsekuensinya, gate
Hadamard dan gate shift sudah cukup untuk membangun operasi gabungan apapun pada qubit tunggal.
C. C-Note Gate
Supaya bisa melibatkan dua (atau lebih qubit) kita harus memperpanjang daftar gate kuantum menjadi gate dua qubit. Gate dua qubit yang paling terkenal adalah NOT kontrol (CNOT), juga dikenal sebagai XOR atau gate pengukuran. Gate tersebut meloncat ke target kedua jika qubit kontrol pertama adalah |1> dan tidak bisa melakukan apa-apa jika qubit kontrol nya adalah |0>. Gate tersebut diwakili oleh matriks gabungan.
D. Control-U Gate
Secara umum, dua jenis qubit gate control secara keseluruhan membentuk control U, untuk sejumlah tranformasi gabungan qubit tunggal U. Control U gate mengaplikasikan identitas transformasi ke qubit yang lebih rendah ketika qubit control berada dalam keadaan |1>. Peta gate |0>|y> ke |0>|y>. Gate Hadamard, semua shift gate, dan C-NOT, membentuk sebuah set universal gate, yaitu jika C-NOT dan Hadamard dan semua shift gate lainnya tersedia lalu operasi gabungan gate n apapun bisa disimulasikan dengan O(4nn) seperti gate BBC95. Sebuah komputer kuantum bisa dilihat sebagai jaringan kuantum (atau keluarga jaringan kuantum) dan komputasi kuantum didefinisikan sebagai sebuah evolusi gabungan jaringan yang mengambil keadaan awal “input” kedalam keadaan akhir “output”. Kita telah memilih model jaringan
komputasi, daripada mesin Turing, karena lebih sederhana, lebih mudah dijalankan dan lebih relevan ketika mengarah pada implementasi fisik dari komputasi kuantum.
e. 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.
Referensi:
http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_gate (tersedia online)
http://www.quantiki.org/wiki/index.php/Basic_concepts_in_quantum_computation (tersedia online)
http://www.quantiki.org/wiki/index.php/What_is_Quantum_
http://www.komputasi.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1152643054
Tidak ada komentar:
Posting Komentar