Quantum Computing, Entanglement, Pengoperasian Data Qubit, Quantum Gates, Algoritma Shor
Pengertian Quantum Computing
Merupakan
alat hitung yang menggunakan mekanika kuantum seperti superposisi dan
keterkaitan, yang digunakan untuk peng-operasi-an data. Perhitungan
jumlah data pada komputasi klasik dihitung dengan bit, sedangkan
perhitungan jumlah data pada komputer kuantum 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.
Entanglement
adalah efek mekanik kuantum yang mengaburkan jarak antara partikel
individual sehingga sulit menggambarkan partikel tersebut terpisah meski
Anda berusaha memindahkan mereka. Contoh dari quantum entanglement:
kaitan antara penentuan jam sholat dan quantum entanglement. Mohon maaf
bagi yang beragama lain saya hanya bermaksud memberi contoh saja.
Mengapa jam sholat dibuat seragam? Karena dengan demikian secara massal
banyak manusia di beberapa wilayah secara serentak masuk ke zona
entanglement bersamaan.
Pengertian Lain
Quantum
entanglement adalah bagian dari fenomena quantum mechanical yang
menyatakan bahwa dua atau lebih objek dapat digambarkan mempunyai
hubungan dengan objek lainnya walaupun objek tersebut berdiri sendiri
dan terpisah dengan objek lainnya. Quantum entanglement merupakan salah
satu konsep yang membuat Einstein mengkritisi teori Quantum mechanical.
Einstein menunjukkan kelemahan teori Quantum Mechanical yang menggunakan
entanglement merupakan sesuatu yang “spooky action at a distance”
karena Einstein tidak mempercayai bahwa Quantum particles dapat
mempengaruhi partikel lainnya melebihi kecepatan cahaya. Namun, beberapa
tahun kemudian, ilmuwan John Bell membuktikan bahwa “spooky action at a
distance” dapat dibuktikan bahwa entanglement dapat terjadi pada
partikel-partikel yang sangat kecil.
Penggunaan
quantum entanglement saat ini diimplementasikan dalam berbagai bidang
salah satunya adalah pengiriman pesan-pesan rahasia yang sulit untuk
di-enkripsi dan pembuatan komputer yang mempunyai performa yang sangat
cepat.
Pengoperasian Data Qubit
Qubit
merupakan kuantum bit , mitra dalam komputasi kuantum dengan digit
biner atau bit dari komputasi klasik. Sama seperti sedikit adalah unit
dasar informasi dalam komputer klasik, qubit adalah unit dasar informasi
dalam komputer kuantum . Dalam komputer kuantum, sejumlah partikel
elemental seperti elektron atau foton dapat digunakan (dalam praktek,
keberhasilan juga telah dicapai dengan ion), baik dengan biaya mereka
atau polarisasi bertindak sebagai representasi dari 0 dan / atau 1.
Setiap partikel-partikel ini dikenal sebagai qubit, sifat dan perilaku
partikel-partikel ini (seperti yang diungkapkan dalam teori kuantum )
membentuk dasar dari komputasi kuantum. Dua aspek yang paling relevan
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
kita telah melihat 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 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 matematikawan Peter Shor , adalah algoritma kuantum yaitu
merupakan suatu algoritma yang berjalan pada komputer kuantum 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.
Efisiensi
algoritma Shor adalah karena efisiensi kuantum Transformasi Fourier ,
dan modular eksponensial. Jika sebuah komputer kuantum dengan jumlah
yang memadai qubit dapat beroperasi tanpa mengalah kebisingan dan
fenomena interferensi kuantum lainnya, algoritma Shor dapat digunakan
untuk memecahkan kriptografi kunci publik skema seperti banyak digunakan
skema RSA. Algoritma Shor terdiri dari dua bagian:
- Penurunan yang bisa dilakukan pada komputer klasik, dari masalah anjak untuk masalah ketertiban -temuan.
- Sebuah algoritma kuantum untuk memecahkan masalah order-temuan.
Hambatan
runtime dari algoritma Shor adalah kuantum eksponensial modular yang
jauh lebih lambat dibandingkan dengan kuantum Transformasi Fourier dan
pre-/post-processing klasik. Ada beberapa pendekatan untuk membangun dan
mengoptimalkan sirkuit untuk eksponensial modular. Yang paling
sederhana dan saat ini yaitu pendekatan paling praktis adalah dengan
menggunakan meniru sirkuit aritmatika konvensional dengan gerbang
reversibel , dimulai dengan penambah ripple-carry. Sirkuit Reversible
biasanya menggunakan nilai pada urutan n ^ 3, gerbang untuk n qubit.
Teknik alternatif asimtotik meningkatkan jumlah gerbang dengan
menggunakan kuantum transformasi Fourier , tetapi tidak kompetitif
dengan kurang dari 600 qubit karena konstanta tinggi.
Referensi:
No comments:
Post a Comment