KOMPUTER KUANTUM DI MASA DEPAN
Penggunaan
komputer saat ini, dengan berbagai kemampuan dan teknologinya yang sangat
membantu berbagai pekerjaan manusia, bahkan sudah mampu menggantikan sebagian fungsi
kerja otak manusia. Sampai pada abad ke-21 sekarang ini, komputer sudah bekerja
dengan prinsip dasar yang sama seperti perangkat mekanik yang dimimpikan oleh
Charlers Babbage pada abad ke-19 dan kemudian diformalkan oleh Alan Turing dengan
kalimat “Satu keadaan yang stabil
dari mesin merepresentasikan satu bilangan”. Pada
berbagi prinsip dasar ini, fisikawan telah menunjukkan bahwa hukum‐hukum yang menjelaskan alam bukan
hanya hukum sederhana dari mekanika klasik. Hukum tersebut adalah hukum‐hukum fisika kuantum, dan hukum‐hukum ini mengajak kita untuk berpikir
secara berbeda tentang komputasi. Prinsip‐prinsip
komputasi yang telah memandu kita dengan baik sampai sekarang berasal dari
fisika klasik dan dengan demikian, kita dapat pastikan, hanya sebagian saja
yang benar.
Baru‐baru ini, fisikawan dan ilmuwan
komputer telah menyadari bahwa tidak hanya ide‐ide tentang komputasi yang menyisakan
prinsip‐prinsip
yang hanya
sebagian akurat, tetapi mereka juga kehilangan seluruh kelas komputasi.
Fisika kuantum menawarkan metode yang kuat dari pengkodean sampai manipulasi
informasi yang tidak mungkin dapat dilakukan dalam kerangka klasik. Aplikasi
potensial dari metode pengolahan informasi kuantum meliputi distribusi kunci
aman yang dapat dibuktikan untuk kriptografi, Pemfaktoran bilangan bulat cepat,
dan simulasi kuantum.
Teori
informasi (ilmu
komputer) dan teori kuantum(mekanika kuantum) adalah di antara revolusi
konseptual yang paling signifikan abad ke‐20.
Pemahaman akan teori‐teori
ini menyebabkan kemajuan besar teknologi abad ini. Dua gagasan yang paling kuat ini, jika bersatu
ke dalam kumpulan pengetahuan (body of knowledge) yang lebih kuat, akan melahirkan
teknologi dan aplikasi baru dalam berbagai industri yang luas dan kita berharap
pada abad ke‐21
ini teori‐teori
ini dapat bersatu untuk membentuk sebuah kekuatan yang lebih kuat untuk
kemajuan: teori kuantum informasi.
Para ilmuwan memprediksi bahwa sekitar tahun 2030
ada kemungkinan komputer sudah tidak memiliki transistor dan chip. Bayangkan
sebuah komputer yang jauh lebih cepat daripada komputer silikon umum klasik
saat ini. Komputer tersebut boleh jadi adalah sebuah komputer kuantum. Secara
teoritis komputer kuantum dapat beroperasi tanpa konsumsi energi yang besar dan
miliar kali lebih cepat dari komputer saat ini. Para ilmuwan sudah berpikir dan
memandang bahwa sebuah komputer kuantum sebagai generasi berikutnya dari
komputer klasik.
Gershenfeld mengatakan bahwa jika pembuatan
transistor lebih kecil dan lebih kecil lagi dilanjutkan dengan tingkat yang
sama seperti di tahun‐tahun
terakhir, maka sekitar tahun 2020, lebar kawat dalam sebuah chip komputer akan
menjadi tidak lebih dari ukuran atom tunggal. Dalam ukuran skala atomik ini
hukum fisika klasik tidak lagi berlaku. Komputer yang dirancang dengan
teknologi chip saat ini tidak akan terus didapatkan lebih murah dan lebih baik. Karena
kekuatannya yang besar, komputer kuantum merupakan langkah berikutnya yang
menarik dalam teknologi komputer (Manay, 1998, hal. 5).
Teknologi komputer kuantum juga sangat
berbeda. Untuk operasi, komputer kuantum menggunakan bit kuantum (qubit). Qubit
memiliki sifat kuartener. Hukum mekanika kuantum sangat berbeda dengan hukum‐hukum fisika klasik.
Qubit dapat eksis tidak hanya pada keadaan‐keadaan yang sesuai dengan nilai‐nilai logika 0 atau 1
seperti dalam kasus sebuah bit klasik, tetapi juga dalam keadaan superposisi.
Qubit adalah sebuah bit informasi yang dapat
menjadi 0 dan 1 secara bersamaan (keadaan superposisi). Dengan demikian, sebuah
komputer yang lebih banyak beroperasi dengan sebuah qubit daripada dengan bit standar
dapat melakukan perhitungan dengan menggunakan kedua nilai secara bersamaan.
Sebuah Qubyte, terdiri dari delapan qubit dan dapat memiliki semua nilai dari 0
sampai 255 secara bersamaan. "Sistem multi‐qubyte memiliki kekuatan melebihi apa
pun yang mungkin dengan komputer klasik" (Quantum Komputer & Hukum
Moore, hal.1).
Empat puluh qubit dapat memiliki kekuatan
yang sama dengan supercomputer modern. Menurut Chuang superkomputer membutuhkan
sekitar satu bulan untuk menemukan sebuah nomor telepon dari database yang
terdiri dari buku telepon dunia, sedangkan sebuah komputer kuantum dapat
menyelesaikan tugas ini dalam 27 menit.
Apa Perbedaan Utama Antara Komputer Kuantum Dan Klasik ?
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 (Wikipedia).
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 bitkuantum (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; untuk sistem kuantum, paralelisme meningkat secara eksponensial dengan
ukuran, seperti digambarkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Parallelime
klasik vs kuantu,: Untuk mencapai derajat parallelisme yang sama seperti (a) 300
prosessor kuantum (n = 300), kita memerlukan (b) 2300 prosessor klasik. Karena
2300 lebih banyak dari jumlah partikel di alam semesta, dapat dikatakan bahwa
komputasi kuantum jelas memungkinkanpeningkatan parallelisme secara astronomi.
Sistem kuantum dapat beroperasi pada keadaan
terbelit. 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 ).
Setiap upaya untuk mengekstrak informasi dari
sebuah keadaan memerlukan pengukuran. Sayangnya, dalam komputasi kuantum,
pengukuran apapun mengganggu keadaan, sehingga menghancurkan paralelisme
kuantum. Pada dasarnya, kita dapat mengajukan satu, dan hanya satu, pertanyaan
tentang hasil yang dihasilkan oleh paralelisme kuantum sebelum melakukan
komputasi ulang. Selain itu, jenis pertanyaan terbatasi dan merupakan subyek
penelitian yang aktif. Peter Shor (Shor, 1997, hal.1.484) menemukan pertanyaan
tunggal terkait masalah pemfaktoran, namun para peneliti telah menemukan
pertanyaan yang demikian hanya untuk beberapa masalah.
Untuk pemfaktoran, paralelisme kuantum
memberikan peningkatan kecepatan sangat besar sehingga tidak mungkin dijadikan
menjadi komputasi praktis. Komputer kuantum juga secara eksponensial lebih baik
dari komputer klasik pada perhitungan sifat‐sifat sistem kuantum. Perhitungan
tersebut tampaknya hanya menjadi perhatian sekelompok fisikawan, tetapi
sebenarnya mereka akan berdampak luas bagi industri. Misalnya, fisika kuantum
sangat penting untuk pembuatan perangkat yang semakin kecil atau kompleks, dan
ia secara langsung mendasari kimia. Misalkan kita ingin memfabrikasi secara
mikro perangkat nano yang presisi tinggi dan rumit. Kita perlu memahami
sejumlah efek kuantum dalam merancang perangkat tersebut, dan waktu yang
dihabiskan untuk sebuah komputer kuantum untuk mendapatkan pemahaman ini akan
sangat berharga. Atau dalam bidang farmasi. Di antara molekul biologi yang
dikendalikan oleh evolusi, kita dapat berharap untuk menemukan beberapa yang
memanfaatkan efek kuantum yang secara komputasi klasik akan sulit diungkapkan.
Sekali lagi, disini waktu komputer kuantum akan sangat penting.
Kenyataan bahwa pengukuran mengganggu keadaan
kuantum ternyata menjadi manfaat dalam situasi lain. Misalkan kita ingin
berkomunikasi secara rahasia. Jika kita menggunakan bit kuantum, “mata‐mata” tidak dapat
memperoleh apa pun tanpa mengganggunya, sebuah gangguan akan tercatat atau
terdeteksi. Bahkan, dan ini menggambarkan bagaimana fisika kuantum, satu‐satunya jenis pesan
yang kita tahu bagaimana berbaginya dengan cara kuantum yang aman ini merupakan
string bit yang benar‐benar acak !. Akan tetapi,
seperti kita ketahui, string acak merupakan kunci sempurna yang menjadi dasar
skema kriptografi standar (klasik). Dengan memanfaatkan sistem komunikasi yang
memiliki transmisi kunci dijamin oleh hukum alam, pemegang rekening bank dan
komandan militer nantinya tak perlu lagi memiliki perasaan tidak aman.
MANFAAT‐MANFAAT KOMPUTER
KUANTUM DI MASA DEPAN
1.
Kriptografi dan Algoritma
Peter 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 (Manay, 1998).
2.
Kecerdasan Buatan (Artificial Intelligence)
Seperti telah dijelaskan sebelumnya
bahwa computer kuantum akan jauh lebih cepat dan konsekuensinya akan mampu
melaksanakan sejumlah besar operasi dalam periode waktu yang sangat singkat. Di
sisi lain, peningkatan kecepatan operasi akan membantu komputer untuk belajar
lebih cepat meskipun dengan menggunakan salah satu metode yang paling
sederhana, yaitu ”mistake bound model for learning”.
3. Manfaat Lain
Kinerja tinggi akan memungkinkan kita
untuk mengembangkan algoritma kompresi yang kompleks, pengenalan suara dan
citra, simulasi molekular, keacakan sesungguhnya (true randomness) dan komunikasi kuantum. Keacakan sangat penting
dalam simulasi. Simulasi Molekular sangat penting untuk pengembangan aplikasi simulasi
pada bidang kimia dan biologi. Dengan bantuan komunikasi kuantum baik pengirim
maupun penerima akan diberitahukan jika ada penyusup yang akan mencoba untuk
menangkap sinyal. Qubits juga memungkinkan lebih banyak informasi yang dapat
dikomunkasikan per bit. Komputer kuantum menjadikan komunikasi lebih aman.
SUMBER
http://id.wikipedia.org/wiki/Komputer_kuantum
Manay,
K. (1998). Quantum computers could be a billion times faster than Pentium III. USA
Today. Retrieved on December 1st, 2002 from: http://www.amd1.com/quantumcomputers.html
Shor,
P. (1997). Polynomial‐Time
Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum Computer,
SIAM J. Computing, Oct. , pp. 1,484‐1,509.
West,
J (2000). Quantum Computers. Retrieved December 1st , 2002 from California Institute of
Technology, educational website: http://www.cs.caltech.edu/~westside/quantum‐intro.html#qc
Nama Kelompok :
IFRAN -
E1E1 10 017
Heni Ramayana
– E1E1 09 004
Sri
Darmayanti – E1E1 09 017
Tidak ada komentar:
Posting Komentar