Makalah
Quantum Computation, Entanglement, Pengoperasian Data Qubit, Quantum
Gates dan Algoritma Shor.
Nama Kelompok:
·
Fahmi Mumtaaz (52416485)
·
Nugroho Dwi Cahyono (55416519)
·
Rafi Abu Fatih (55416939)
·
Stefan Adrianus (57416151)
1. Sebutkan dan jelaskan konsep Quantum Computation
2. Jelaskan cara kerja Entanglement Quantum
3. Sebutkan dan jelaskan teknik Pengoperasiaan
Data Qubit
4. Sebutkan dan jelaskan teknik Quantum Gates
5. Sebutkan dan jelaskan teknik Algoritma Shor
1.Quantum Computation
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. Sejarah singkat:
- Pada
tahun 1970-an pencetusan atau ide tentang komputer kuantum pertama kali
muncul 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).
- Feynman
dari California Institute of Technology yang pertama kali mengajukan dan
menunjukkan model bahwa sebuah sistem kuantum dapat digunakan untuk
melakukan komputasi. Feynman juga menunjukkan bagaimana sistem tersebut
dapat menjadi simulator bagi fisika 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.
- Pada
tahun 1995, Peter Shor merumuskan sebuah algoritma yang memungkinkan
penggunaan komputer kuantum untuk memecahkan masalah faktorisasi dalam
teori bilangan.
- Sampai
saat ini, riset dan eksperimen pada bidang komputer kuantum masih terus
dilakukan di seluruh dunia. Berbagai metode dikembangkan untuk
memungkinkan terwujudnya sebuah komputer yang memilki kemampuan yang luar
biasa ini. Sejauh ini, sebuah komputer kuantum yang telah dibangun hanya
dapat mencapai kemampuan untuk memfaktorkan dua digit bilangan. Komputer
kuantum ini dibangun pada tahun 1998 di Los Alamos, Amerika Serikat,
menggunakan NMR (Nuclear Magnetic Resonance).
2.Entanglement
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. Agak sulit untuk membayangkan fenomena ini di
dalam kejadian sehari-hari. Namun kita dapat membuat perumpamaan sebagai
berikut. Contoh
dari quantum entanglement: kaitan antara penentuan jam sholat dan quantum
entanglement. Pengertian Lainya
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.
3.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
Bit digambarkan oleh
statusnya, 0 atau 1. Begitu pula, qubit digambarkan oleh status quantumnya. Dua
status quantum potensial untuk qubit ekuivalen dengan 0 dan 1 bit klasik. Namun
dalam mekanika quantum, objek apapun yang memiliki dua status berbeda pasti
memiliki rangkaian status potensial lain, disebut superposisi, yang menjerat
kedua status hingga derajat bermacam-macam.
Sebuah
qubit adalah unit dasar informasi dalam sebuah komputer kuantum. Sementara
sedikit dapat mewakili hanya satu dari dua kemungkinan seperti 0 / 1, ya /
tidak, qubit dapat mewakili lebih: 0 / 1, 1 dan 0, probabilitas terjadinya
setiap saat dikombinasikan dengan qubit lebih, dan semua yang secara bersamaan.
Secara umum komputer kuantum dengan qubit n bisa dalam superposisi sewenang-wenang
hingga 2 n negara bagian yang berbeda secara bersamaan (ini dibandingkan dengan
komputer normal yang hanya dapat di salah satu negara n 2 pada satu
waktu).Untuk memanipulasi sebuah qubit, maka menggunakan Quantum Gates (Gerbang
Kuantum). Cara kerjanya yaitu sebuah gerbang kuantum bekerja mirip dengan
gerbang logika klasik. Gerbang logika klasik mengambil bit sebagai input,
mengevaluasi dan memproses input dan menghasilkan bit baru sebagai output.
4.Quantum Gates
Quantum
Gates / Gerbang Quantum merupakan sebuah aturan logika / gerbang logika yang
berlaku pada quantum computing. Prinsip kerja dari 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 qubits, sehingga quantum gates
lebih susah untuk dihitung daripada gerang logika pada komputer digital.
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 penghem Pertama mensimulasikan gerbang di
babak pertama tingkat.
a.
Pertama mensimulasikan gerbang di babak pertama
tingkat.
b.
Jauhkan hasil gerbang di tingkat d / 2 secara
terpisah.
c.
Bersihkan bit ancillae.
d.
Gunakan mereka untuk mensimulasikan gerbang di babak
kedua tingkat.
e.
Setelah menghitung output, membersihkan bit ancillae.
f.
Bersihkan hasil tingkat d / 2. atan yang besar dalam
jumlah ancillae yang digunakan.
5. Algoritma Shor
Algoritma
yang ditemukan oleh Peter Shor pada tahun 1995. Dengan menggunakan algoritma
ini, sebuah komputer kuantum dapat memecahkan sebuah kode rahasia yang saat ini
secara umum digunakan untuk mengamankan pengiriman data. Kode yang disebut kode
RSA ini, 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. Algoritma Shor bergantung pada hasil dari teori
bilangan. Hasil ini adalah: fungsi periodik. Dalam konteks algoritma Shor, n
akan menjadi bilangan yang akan difaktorkan. Jika dua bilangan tersebut adalah
coprime itu berarti bahwa pembagi umumnya adalah 1. Perhitungan fungsi ini
untuk jumlah eksponensial, dari itu akan mengambil waktu eksponensial pada
komputer klasik. Algoritma Shor memanfaatkan paralelisme kuantum untuk melakukan
jumlah eksponensial operasi dalam satu langkah.
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:
a.
Penurunan yang bisa dilakukan pada komputer klasik, dari
masalah anjak untuk masalah ketertiban -temuan.
b.
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.
