Tugas Mata Kuliah
Pengantar Teknik Elektro
Prinsip Dasar dan Cara Kerja Komputer Kuantum
(Quantum Computing)
(Quantum Computing)
Ardine Khairunisa Ilyas (1606908344)
Irfan Budi Satria (1606908312)
Reza Pernandito Sujatmiko (1606908602)
Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
Tahun Akademik 2016
- PENDAHULUAN
Teknologi adalah sesuatu hal yang sangat berpengaruh di masa modern ini. Semua kalangan manusia sangat bergantung pada teknologi. Dengan teknologi, segala sesuatu yang dahulu sulit untuk dilakukan bisa menjadi jauh lebih mudah dan lebih efisien untuk dilakukan. Teknologi pada zaman ini pun terus berkembang. Berbagai alat diciptakan dan digunakan untuk dapat melakukan suatu pekerjaan yang bahkan sangat rumit untuk dilakukan. Berbagai alat tersebut dapat digunakan karena adanya suatu system yang mengaturnya. Seperi komputer misalnya.
Komputer yang sekarang ini banyak digunakan sehari-hari adalah komputer digital. Komputer ini berbeda dengan komputer kuantum. Komputer digital bekerja dengan bantuan microprocessor yang berbentuk chip. Memory komputer menggunakan system biner atau system angka basis 2 (0 dan 1) yang dikenal sebagai BIT (Binary Digit). Sedangkan komputer kuantum memanfaatkan fenomena superposisi. Akibatnya, komputer kuantum ini dapat menggunakan 0 dan 1 sekaligus bukan hanya 0 atau 1. Inilah yang disebut dengan QUBIT (Quantum Binary Digit).
Dalam perhitungan, komputer digital melakukannya secara linear, sedangkan komputer kuantum melakukan semua perhitungan secara bersamaan. Dengan sitem paralelisme perhitungan ini dapat diihat dengan jelas betapa cepatnya komputer kuantum. Komputer digital yang paling canggih saat ini, yang setara dengan komputer kuantum 40 qubit, memiliki kemampuan mengolah semua data yang ada dalam buku telepon di seluruh dunia untuk menemukan satu nomor telepon dalam waktu satu bulan. Jika menggunakan komputer kuantum, kita dapat melakukan proses ini hanya dalam 27 menit saja. Akan tetapi, penggunaan komputer kuantum ini masih terbatas. Sampai saat ini, komputer kuantum baru dalam tahap eksperimen oleh NASA dan Google.
- PRINSIP DAN CARA KERJA KOMPUTER KUANTUM
- Prinsip Kerja
Penerapan konsep superposisi atom merupakan salah satu inti dalam komputasi kuantum. Atom memiliki konfigurasi spin. Spin atom bisa ke atas (up), bisa pula ke bawah (down). Atom-atom akan berada dalam keadaan superposisi (memiliki spin up dan down secara bersamaan) sampai kita melakukan pengukuran. Tindakan pengukuran memaksa atom untuk ‘memilih’ salah satu dari kedua kemungkinan itu. Ini berarti sesudah kita melakukan pengukuran, atom tidak lagi berada dalam keadaan superposisi (decoherence). Atom yang sudah mengalami pengukuran memiliki spin yang tetap: up atau down. Hal dapat kita terapkan dengan mengibaratkan QUBIT sebagai atom.
Saat konsep ini diterapkan dalam komputer kuantum, keadaan superposisi terjadi pada saat proses perhitungan sedang berlangsung. Sistem perhitungan pada komputer kuantum ini berbeda dengan komputer digital. Komputer digital melakukan perhitungan secara linier, sedangkan komputer kuantum melakukan semua perhitungan secara bersamaan (karena ada multiple states semua perhitungan dapat berlangsung secara simultan di semua state). Ini berarti ada banyak kemungkinan hasil perhitungan. Untuk mengetahui jawabannya (hasil perhitungannya) kita harus melakukan pengukuran qubit. Tindakan pengukuran qubit ini menghentikan proses perhitungan dan memaksa sistem untuk ‘memilih’ salah satu dari semua kemungkinan jawaban yang ada.
(Gambar 1: Ilustrasi Qubit)
Secara teori, terdapat beberapa syarat dari komputer kuantum untuk bisa berfungsi:
1. Dapat dilakukan pengukuran qubit.
2. Dapat mengatur qubit ke keadaan awal sederhana, yaitu 0.
3. Interaksi antara qubit harus cukup terkendali untuk membuat gerbang logika (logic gate) kuantum.
4. Untuk melakukan operasi komputasi menggunakan para logic gate ini, waktu decoherence (menghilangnya superposisi) harus jauh lebih lama dari waktu yang dibutuhkan untuk operasi logic gate. (umumnya millisekon sampai sekon)
5. Hasil perhitungan/ olahan data dapat dibaca.
6. Qubit memory dapat dikonversi menjadi qubit processing, dan sebaliknya.
7. Qubit yang sedang melakukan perhitungan dapat berpindah-pindah.
Ada suatu fenomena unik dari mekanika kuantum yang juga dimanfaatkan dalam teknologi komputer kuantum, yaitu Entanglement. Jika dua atom atau qubit mendapatkan gaya tertentu (outside force) kedua atom tersebut bisa masuk pada keadaan ‘entangled’. Atom-atom yang saling terhubungkan dalam entanglement ini akan tetap terhubungkan walaupun jaraknya berjauhan; atau dalam kata lain, seperti sepasang kekasih yang karena saking eratnya hubungan mereka, dapat merasakan keadaan satu sama lain meskipun terpisah oleh jarak yang amat jauh, seperti telepati. Dari analogi ini dapat diartikan bahwa komputer kuantum memiliki kemampuan komunikasi yang super cepat. Kecepatan yang dicapai begitu luar biasa, seakan-akan mengalahkan kecepatan cahaya.
(Gambar 2: Ilustrasi Entanglement)
(Gambar 3: Hubungan Entanglement dan Superposisi pada qubit.)
Pada Gambar 3, terlihat bahwa dengan terjadinya kedua fenomena (Entanglement dan Superposisi), sebuah qubit dapat menyimpan dan menggunakan angka biner yang berjumlah pangkat dua dari sebuah bit.
- Cara Kerja dan Rangkaian
Berikut merupakan contoh cara kerja komputasi kuantum menggunakan 2 buah qubit.
(Gambar 4-8: Ilustrasi cara kerja Komputasi Kuantum)
- Inisialisasi – Qubit berada pada kondisi awal sederhana (0,0). Qubit-qubit tersebut diletakkan dalam penutup tembaga untuk meminimalkan decoherence.
b. Superposisi – Komputasi dimulai (ditunjukkan dengan cahaya yang memasuki partikel) yang mengubah kondisi awal menjadi superposisi. Tiap kondisi memiliki amplitude 0.5 (memungkinkan peluang sebesar 1/4).
c. The Black Box / Kotak Hitam – Di dalam black box ini, dipilih satu kondisi tujuan, dengan cara mengubah fase gelombang. Namun Paralelisme Kuantum memungkinkan interaksi tersebut menjadi empat kondisi yang berbeda. Masalahnya adalah mencari kondisi mana yang di dalamnya terjadi perubahan amplitude.
d. Konversi – Karena hasil yang didapat hanya berdasarkan oleh amplitude, suatu langkah tambahan harus dilakukan yaitu mengkonversi fase gelombang menjadi amplitude. Hal ini dilakukan dengan cara menembakkan cahaya lain untuk menghasilkan pola interferensi, sehingga amplitude 0.5 berubah menjadi nol, dan amplitude -0.5 berubah menjadi 1.
e. Pengukuran – Kondisi qubit diukur dengan cara membuka penutup tembaga dan melihat orientasi dari spin-spin qubit, yang ternyata didapat sebagai (0,1). Komputasi kuantum seperti ini hanya menggunakan satu kali aplikasi dari black box. Komputasi klasik membutuhkan sampai tiga kali percobaan dalam menentukan perubahan pada (1,1), (1,0), (0,1) – sudah pastinya menjadi (0,0) jika yang lain tidak berubah nilainya.
Berikut merupakan contoh rangkaian Komputer Kuantum.
(Gambar 9: Rangkaian Komputer Kuantum Superkonduktor)
- ANALISA DARI QUANTUM COMPUTING
Quantum Computing dalam skala besar secara teoritis dapat memecahkan masalah jauh lebih cepat dibandingkan komputer digital atau classic computers. Namun secara hipotesis berdasarkan sumber data komputer digital yang telah ada, secara teoritis komputer digital yang paling canggih dapat menstimulasi bekerja seperti komputer quantum dalam skala sangat kecil. Tetapi di sisi lain, quantum computing dapat memecahkan masalah-masalah algoritma dimana komputer digital biasa tidak dapat melakukannya.
Pada tahun 2016, quantum computing masih berada pada tahap awal perkembangan, eksperimen-eksperimen yang dilakukan masih menggunakan jumlah qubit yang relatif sedikit (sampai saat ini hanya 7 qubit). Penelitian secara eksperimental dan teoritis tetap dilakukan, dilanjutkan dan didanai oleh pemerintahan serta militer yang diperuntukan untuk keperluan masyarakat, bisnis, perdagangan, sistem alam, bahkan sampai pertahanan nasional, contohnya untuk memecahkan kode rahasia.
Namun jika quantum computing ini berpihak pada tangan yang salah, alangkah bisa terjadi hal yang sangat berbahaya, meninjau dari perkembangan zaman sekarang yang hampir semuanya berbasis komputer. Sebuah hacker bisa saja mengetahui sebuah kemungkinannya dalam melakukan aksi kejahatannya, misalkan untuk menghancurkan suatu system, ia akan mengetahui semua factor-faktor yang dapat dihindari serta dievaluasikan. Tetapi, bisa juga sebuah Quatum Computer digunakan untuk mencari “titik lemah” pertahanan suatu organisasi atau negara, misalnya terrorist network. Quantum computing dapat digunakan untuk berkompetisi dalam hal kebaikan.
- KESIMPULAN
Perkembangan teknologi di masa modern ini akan terus berlanjut. Dengan teknologi, sudah terbuktikan bahwa segala sesuatu yang dahulu sulit untuk dilakukan bisa menjadi jauh lebih mudah dan efisien untuk dilakukan, terutama komputasi dan perhitungan.
Komputer yang kita gunakan sekarang dapat terus berkembang lebih lanjut. Di masa mendatang mungkin kita akan menggunakan komputer yang tidak lagi tersusun dari transistor seperti sekarang, Komputer kuantum tidak lagi memerlukan chip komputer yang semakin lama semakin padat akibat berlipatgandanya jumlah transistor yang dibutuhkan untuk meningkatkan kinerja komputer. Komputer masa depan justru akan memanfaatkan komponen-komponen organic, karena pada komponen-komponen organik ini, terdapat atom-atom/partikel-partikel yang bisa berada dalam keadaan superposisi.
Oleh karena itu, kita sebagai Mahasiswa haruslah ikut serta dalam perkembangan teknologi komputer yang kemajuannya semakin signifikan, dengan cara riset, penelitian, pengembangan, dan lain-lain.
- Sumber Referensi
- Surya, Yohanes “Komputer Kuantum Komputer Masa Depan”, 4 hlm http://www.yohanessurya.com/download/penulis/Bermimpi_07.pdf
- Google.com (Gambar 1)
No comments:
Post a Comment