Quantum Computation

بِسْمِ اللهِ الرَّحْمنِ الرَّحِيمِ

Assalamu 'alaikum warohmatullahi wabarokaatuh

Quantum computation atau komputer kuantum adalah alat hitung yang menggunakan sebuah fenomena mekanika kuantum, misalnya superposisi dan keterkaitan, untuk melakukan operasi data. Dalam komputasi klasik, jumlah data dihitung dengan bit; dalam komputer kuantum, hal ini dilakukan dengan qubit. 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 ini. Dalam hal ini untuk mengembangkan komputer dengan sistem kuantum diperlukan suatu logika baru yang sesuai dengan prinsip kuantum.

Sejarah Komputer Kuantum

Ide mengenai komputer kuantum pertama kali muncul pada tahun 1970-an 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). Di antara para ilmuwan tersebut, Feynmanlah yang pertama kali mengajukan model yang menunjukkan bahwa sebuah sistem kuantum dapat digunakan untuk melakukan komputasi. Lebih jauh, Feynman juga menunjukkan bagaimana sistem tersebut dapat menjadi simulator bagi fisika kuantum. Dengan kata lain, fisikawan dapat melakukan eksperimen fisika kuantum melalui komputer 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. Setelah Deutsch mengeluarkan tulisannya mengenai komputer kuantum, para ilmuwan mulai melakukan riset di bidang ini. Mereka mulai mencari kemungkinan penggunaan dari sebuah komputer kuantum. Pada tahun 1995, Peter Shor merumuskan sebuah algoritma yang memungkinkan penggunaan komputer kuantum untuk memecahkan masalah faktorisasi dalam teori bilangan.

Algoritma 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. Pemfakotiran 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)

Penjelasan Tentang Qubits

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. 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.

Perbedaan Dengan Komputer Klasik

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.

Thiofany Angelius Dachi. Komputer Kuantum (Quantum Computer), http://ilmuti.org/wp-content/uploads/2014/05/Thiofany_Angelius_Dachi_Komputer_Kuantun.pdf. Diakses pada: 22 April 2017.
Wikipedia. Komputer Kuantum, https://id.wikipedia.org/wiki/Komputer_kuantum. Diakses pada: 22 April 2017.