Komputasi kuantum
adalah bidang studi difokuskan pada teknologi komputer berkembang berdasarkan
prinsip-prinsip teori kuantum , yang menjelaskan sifat dan perilaku energi dan
materi pada kuantum (atom dan subatom) tingkat. Pengembangan komputer kuantum ,
jika praktis, akan menandai lompatan maju dalam kemampuan komputasi jauh lebih
besar daripada yang dari sempoa ke modern superkomputer , dengan keuntungan
kinerja di alam miliar kali lipat dan seterusnya.
Komputer kuantum, mengikuti
hukum fisika kuantum, akan memperoleh kekuatan pengolahan yang besar melalui
kemampuan untuk berada di beberapa negara, dan untuk melakukan tugas-tugas
menggunakan semua kemungkinan permutasi secara bersamaa. Kini pusat penelitian
di komputasi kuantum termasuk MIT, IBM, Oxford University, dan Los Alamos
National Laboratory.
Entanglement
Entanglement merupakan
keadaan dimana dua atom yang berbeda berhubungan sedemikian hingga satu atom
mewarisi sifat atom pasangannya. “Entanglement adalah esensi komputasi kuantum
karena ini adalah jalinan kualitas yang berhubungan dengan lebih banyak
informasi dalam bit kuantum dibanding dengan bit komputing klasik,” demikian
Andrew Berkley, salah satu peneliti.
Para ahli fisika dari
University of Maryland telah satu langkah lebih dekat ke komputer kuantum
dengan mendemonstrasikan eksistensi entanglement antara dua gurdi kuantum,
masing-masing diciptakan dengan tipe sirkuit padat yang dikenal sebagai
persimpangan Josephson. Temuan terbaru ini mendekatkan jalan menuju komputer
kuantum dan mengindikasikan bahwa persimpangan Josephson pada akhirnya dapat
digunakan untuk membangun komputer supercanggih.
Pengoperasian Data Qubit
Proses komputasi
dilakukan pada partikel ukuran nano yang memiliki sifat
mekanika quantum, maka satuan unit informasi pada Komputer Quantum disebut
quantum bit, atau qubit. Berbeda dengan bit biasa, nilai sebuah qubit bisa 0,
1, atau superposisi dari keduanya. State dimana qubit diukur
adalah sebagai vektor atau bilangan kompleks. Sesuai tradisi dengan
quantum states lain, digunakan notasi bra-ket untuk
merepresentasikannya.
Pure qubit state adalah superposisi liner dari kedua state tersebut.
Lebih jelasnya, sebuah pure
qubit state dapat direpresentasikan oleh
kombinasi linear dari state|0> dan state |1>
: Dengan α dan β adalah
amplitudo probabilitas yan dapat berupa angka kompleks. State space dari sebuah qubit secara geometri dapat
direpresentasikan Bloch sphere
Bloch sphere adalah ruang 2 dimensi yang merupakan
geometri untuk permukaan bola. Dibandingkan bit konvensional yang hanya dapat
beradai di salah satu kutub, Qubit dapat berada dimana saja dalam permukaan
bola. Untuk penerapan fisiknya, semua sistem 2 level, selama ukurannya cukup
kecil untuk hukum mekanika quantum berlaku. Berbagai jenis implementasi fisik
telah dikemukakan, contohnya antara lain: polarisasi cahaya, spin elektron,
muatan listrik, dll.
Superposisi quantum adalah inti perbedaan antara qubit
dengan bit biasa. Dalam keadaan superposisi, sebuah qubit akan bernilai |0>
dan |1> pada saat bersamaan. Menurut interpretasi Copenhagen, bila dilakukan
pengukuran terhadap qubit, maka hanya akan muncul satu state saja. State
lainnya “kolaps” dalam arti hancur dan tidak mungkin diambil kembali.
Pemanfaatan sifat superposisi qubit ini adalah
Paralellisme Quantum. Paralelisme Quantum muncul dari kemampuan quantum
register untuk menyimpan superposisi dari base state. Maka setiap operasi pada register berjalan pada semua
kemungkinan dari superposisi secara simultan. Karena jumlah state yang mungkin adalah 2n, dengn n adalah jumlah qubit
pada quantum register, kita dapat melakukan pada komputer quantum satu kali
operasi yang membutuh kan waktu eksponensial pada komputer konvensional.
Kelemahan dari metode ini adalah, semakin besar base state yang bersuperposisi,
semakin kecil kemungkinan hasil pengukuran dari nilai hasil pengukuran tersebut
benar. Kelemahan ini membuat pararellisme quantum tidak berguna bila operasi
dilakukan pada nilai yang spesifik. Namun kelemahan ini tidak begitu berpengaruh
pada fungsi yang memperhitungkan nilai dari semua input, bukan hanya satu.
Sebagaimana ditunjukkan pada Algoritma Shor.
Quantum
Gate
Dalam komputasi kuantum dan khusus kuantum sirkuit
model komputasi, gerbang kuantum (atau Gerbang logika kuantum) adalah rangkaian
dasar kuantum yang beroperasi di sejumlah kecil qubits. Mereka adalah blok
bangunan dari kuantum sirkuit, seperti gerbang logik klasik sirkuit digital
konvensional.
Tidak seperti logika klasik pintu gerbang pada
umumnya, logika kuantum bersifat reversibel. Namun, komputasi klasik hanya
dapat dilakukan dengan menggunakan gerbang reversibel. Sebagai contoh, gerbang
Toffoli reversibel dapat melaksanakan semua fungsi Boolean. Gerbang ini
memiliki penyetaraan kuantum secara langsung, menampilkan bahwa sirkuit kuantum
dapat melakukan semua operasi yang dilakukan oleh sirkuit klasik.
Gerbang logik kuantum yang diwakili oleh kesatuan
matriks. Gerbang kuantum yang paling umum beroperasi pada ruang dari satu atau
dua qubits, seperti Gerbang logika klasik umum beroperasi pada satu atau dua
bit. Ini berarti bahwa sebagai matriks, gerbang kuantum dapat dijelaskan oleh 2
× 2 atau 4 × 4 kesatuan matriks.
Algoritma
Shor
Algoritma Shor merupakan sebuah metode yang
dikembangkan tahun 1994 oleh ilmuwan AT&T Peter Shor untuk
menggunakan komputer kuantum yang futuristis untuk menemukan faktor-faktor dari
sebuah bilangan. Bilangan-bilangan yang diperkalikan satu dengan yang
lain untuk memperoleh bilangan asli. Saat ini,
pemfaktoran (factoring) sebuah bilangan besar masih terlalu sulit bagi komputer
konvensional meskipun begitu mudah untuk diverifikasi. Itulah sebabnya
pemfaktoran bilangan besar ini banyak digunakan dalam metode kriptografi untuk
melindungi data.
