Muhammad Azwar Blog : Komputasi Kuantum

Pengertian

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.

Cara kerja

Dalam komputasi, sebuah bit klasik menyimpan nilai biner tunggal seperti 0 atau 1. Sementara dalam komputasi kuantum, qubit adalah satuan informasi kuantum. Qubit dapat menampung kedua nilai pada saat yang sama yang dikenal sebagai keadaan superposisi. Ketika beberapa qubit bertindak koheren, mereka dapat memproses beberapa opsi secara bersamaan. Ini memungkinkan komputer kuantum memproses informasi dalam sepersekian waktu. Oleh karena hal itu, operasi komputer kuantum dapat dilakukan jauh lebih cepat dan menggunakan lebih sedikit energi daripada komputer klasik.

Komputer kuantum menggunakan algoritma yang berbeda, banyak peneliti yang berharap bahwa komputer ini dapat bersifat universal dan toleran terhadap kesalahan. Ini termasuk beberapa contoh paling terkenal: Algoritma faktorisasi Shor dan algoritma Grover untuk pencarian tidak terstruktur.

Sampai saat ini, dua kegunaan yang paling menjanjikan untuk perangkat komputer kuantum itu adalah untuk melakukan pencarian kuantum dan anjak kuantum. Untuk memahami bagaimana pencarian kuantum bekerja, bayangkan jika Anda mencari nama dan nomor telepon tertentu pada Yellow Pages atau buku telepon dengan cara konvensional. Jika buku telepon tersebut memiliki 10.000 entri, rata-rata Anda perlu melihat sekitar setengah dari jumlah itu, yakni 5.000 entri, sebelum Anda berpotensi menemukan nama dan nomor yang dicari. Algoritma pencarian kuantum hanya perlu menebak 100 kali. Dengan 5.000 tebakan, sebuah komputer kuantum mampu menemukan 25 juta nama pada buku telepon tersebut.

Perbedaan dengan Komputasi Klasik

Apa yang membedakan komputer kuantum dari komputer konvensional (digital)? Kita dapat mulai dengan mengamati secuil satuan informasi yang disebut satu bit, yaitu satu sistem fisis yang dapat dinyatakan dalam satu di antara dua keadaan (dua nilai logik) yang berbeda: ya atau tidak, benar atau salah, 0 atau 1. Satu bit informasi dapat diberikan oleh dua keadaan polarisasi cahaya atau dua keadaan elektronik suatu atom. Namun, jika satu atom dipilih untuk merepresentasikan satu bit informasi maka menurut mekanika kuantum di samping kedua keadaan elektronik yang berbeda, atom tersebut dapat pula berada dalam keadaan superposisi (paduan) dua keadaan tersebut. Atom tersebut dapat berada pada keadaan 0 dan 1 secara serentak. Secara umum, satu sistem kuantum dengan dua keadaan atau quantum bit (qubit) dapat dibuat berada dalam suatu keadaan superposisi dari kedua keadaan logiknya.

Perhatikan perbandingan berikut. Register konvensional tiga bit dalam satu saat hanya dapat menyimpan satu dari 8 kemungkinan keadaan yang berbeda seperti: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, dan 111. Sebaliknya, suatu register kuantum tiga qubit dalam satu saat dapat menyimpan 8 kemungkinan keadaan yang berbeda tersebut secara serentak sebagai suatu superposisi kuantum. Jika jumlah qubit terus ditambahkan pada register maka kapasitas penyimpanan keadaan (informasi) dalam register akan meningkat secara eksponensial, yaitu secara serentak 3 qubit dapat menyimpan 8 keadaan berbeda, 4 qubit dapat menyimpan 16 keadaan berbeda, dan seterusnya sehingga secara umum N qubit dapat menyimpan sejumlah 2N keadaan berbeda.

Pada pelaksanaannya, komputer klasik tergantung pada tingkat akhir yakni pada prinsip-prinsip seperti yang dijabarkan oleh Aljabar Boolean. Data-data perlu diproses pada kondisi biner eksklusif pada tiap-tiap titik waktu atau bit. Sedangkan pada waktu itu tiap-tiap transistor maupun kapasitor harus pada keadaan 0 atau 1 sebelum berubah status yang sekarang diukur dalam miliar detik.

Komputer kuantum merupakan peralatan yang mempergunakan prinsip-prinsip yang diambil dari teori kuantum dalam mengolah informasi. Komputer kuantum bisa memproses seluruh ragam informasi mengikuti hukum-hukum fisika kuantum sehingga mampu melakukan tugas-tugas dengan mempergunakan seluruh kemungkinan permutasi dengan waktu yang bersamaan.

Komputer kuantum merupakan alat yang mempergunakan prinsip-prinsip teori kuantum dalah pengolahan informasi. Pada teori kuantum, dijelaskan mengenai perilaku obyek-obyek yang berukuran mikro antara lain molekul, atom serta partikel. Dunia makroskopis berbeda dengan dunia mikroskopis. Dalam prinsip kuantum, materi bisa berlaku sebagaimana partikel serta gelombang. Inilah yang disebut dualisme partikel-gelombang yang merupakan satu keunikan dari teori kuantum.
Sehubungan dengan teori kuantum, maka komputer kuantum juga bisa memproses seluruh jenis informasi yang diproses oleh komputer klasik. Selain itu salah satu perbandingan komputer klasik dan komputer kuantum, adalah komputer kuantum memiliki satu sifat unik yakni superposisi kuantum untuk melaksanakan komputasi yang tidak bisa dilakukan oleh komputer klasik.