Pengantar Komputasi Quantum

Mata Kuliah        : Pengantar Komputasi Modern

Dosen                    : Lely Prananingrum

Nama Kelompok  :  Basuki Prabowo

                                 Harby Anwardi

                                 M. Abdul Rasyid

                                 Reza Adityowarman

A.    Quantum Computation

Komputer kuantum adalah alat hitung yang menggunakan sebuah fenomena mekanika kuantum, misalnya superposition dan entanglement, 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.

B.     Entanglement

Quantum entanglement adalah bagian dari fenomena mechanical quantum 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 mechanical quantum. 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.

Jadi, entanglement adalah efek mekanik kuantum yang mengaburkan jarak antara partikel individual sehingga sulit menggambarkan partikel tersebut terpisah meski Anda berusaha memindahkan mereka. Contoh dari quantum entanglement: Misalnya, kita mempunyai dua buah bola yang mempunyai ukuran sama dan berbentuk sama. Dua buah bola ini, kemudian di entangle-kan sehingga satu bola berputar searah jarum jam dan bola satunya berputar sebaliknya. Kemudian, seorang astronot yang akan dikirim ke Mars mengambil salah satu bola itu untuk ditempatkan di Koloni mereka. Sesampainya di Mars, bola itu ditempatkan di sebuah ruangan hampa di sebuah bunker di bawah permukaan Mars. Sehingga tidak mungkin ada sinyal atau sistem komunikasi yang mampu mempengaruhi keadaan bola itu dari jauh. Bola yang di bumi, katakanlah yang berputar searah jarum jam, dibalik arah putarannya sehingga berlawanan arah jarum jam. Maka, bola yang ada di Mars seketika itu juga (tanpa ada jeda waktu) akan berputar menjadi searah jarum jam.

Entanglement dalam Quantum Computing

Entangled system didefinisikan sebagai sistem yang status kuantumnya tidak dapat diperhitungkan sebagai produk dari keadaan konstituen lokalnya; artinya, mereka bukan partikel individu tetapi merupakan keseluruhan yang tidak terpisahkan. Dalam entanglement, satu konstituen tidak dapat sepenuhnya dijelaskan tanpa mempertimbangkan yang lainnya. Perhatikan bahwa keadaan sistem komposit selalu dapat dinyatakan sebagai penjumlahan, atau superposisi, produk-produk dari keadaan konstituen lokal; maka sistem memiliki lebih dari satu istilah adalah entangled system.

Sebuah fitur pembeda yang penting antara qubit dan bit klasik adalah bahwa beberapa qubit dapat menunjukkan belitan kuantum. Keterikatan adalah properti nonlokal yang memungkinkan seperangkat qubit untuk menyatakan korelasi yang lebih tinggi daripada yang mungkin dalam sistem klasik. Ambil, misalnya, dua qubit yang berhubungan dalam Bell state.

Entanglement juga memungkinkan beberapa states untuk berlangsung secara bersamaan, tidak seperti bit klasik yang hanya dapat memiliki satu nilai pada satu waktu. Entanglement dalam quantum computing adalah unsur penting dari perhitungan kuantum yang tidak dapat dilakukan secara efisien pada komputer klasik. Banyak keberhasilan komputasi dan komunikasi kuantum, seperti teleportasi kuantum dan superdense coding, menunjukkan bahwa entanglement adalah sumber daya yang unik untuk quantum computing. Dengan demikian, setiap komputasi quantum yang tidak melibatkan qubit yang mempunyai entanglement dapat dilakukan dengan efisiensi yang sama denegan komputasi menggunakan bit klasik.

C.    Pengoperasian Data Qubit

Qubit (Kuantum Bit) merupakan mitra dalam komputasi kuantum dengan digit biner atau bit dari komputasi klasik. Qubit adalah unit dasar informasi dalam komputer kuantum. Dalam komputer kuantum, sejumlah partikel elemental seperti elektron atau foton dapat digunakan, baik dengan biaya maupun polarisasi yang bertindak sebagai representasi dari 0 dan/atau 1. Setiap partikel-partikel ini dikenal sebagai qubit. Sifat dan perilaku partikel-partikel ini membentuk dasar dari komputasi kuantum.

Bit digambarkan oleh status 0 atau 1. Begitu pula dengan qubit yang digambarkan oleh status quantum. Dua status quantum yang 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 atau disebut dengan superposisi yang menjerat kedua status hingga derajat bermacam-macam.

Komputer kuantum memelihara urutan qubit. Sebuah qubit tunggal dapat mewakili satu, nol, atau, penting, setiap superposisi quantum ini, apalagi sepasang qubit dapat dalam superposisi kuantum dari 4 negara, dan tiga qubit dalam superposisi dari 8. 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). Komputer kuantum yang beroperasi dengan memanipulasi qubit dengan urutan tetap gerbang logika quantum. Urutan gerbang untuk diterapkan disebut algoritma quantum.

Sebuah contoh dari implementasi qubit untuk komputer kuantum bisa mulai dengan menggunakan partikel dengan dua putaran menyatakan: “down” dan “up”. Namun pada kenyataannya sistem yang memiliki suatu diamati dalam jumlah yang akan kekal dalam waktu evolusi dan seperti bahwa A memiliki setidaknya dua diskrit dan cukup spasi berturut-turut eigen nilai , adalah kandidat yang cocok untuk menerapkan sebuah qubit. Hal ini benar karena setiap sistem tersebut dapat dipetakan ke yang efektif spin -1/2 sistem.

D.    Quantum Gates

Quantum Gates adalah sebuah gerbang kuantum yang dimana berfungsi mengoperasikan bit yang terdiri dari 0 dan 1 menjadi qubits. dengan demikian Quantum gates mempercepat banyaknya perhitungan bit pada waktu bersamaan. Quantum Gates adalah blok bangunan sirkuit kuantum, seperti klasik gerbang logika yang untuk sirkuit digital konvensional.

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.

Sebuah gerbang kuantum memanipulasi superposition input , mengubah kemungkinan dan menghasilkan superposition lain sebagai output. Jadi , sebuah computer kuantum memiliki satu set qubits , melewatkannya pada gerbang kuantum dan memanipulasi kemungkinan, dan akhirnya mengukur hasilnya untuk menghilangkan superposition , akan menghasilkan urutan nilai 0 dan 1. Hal ini berarti semua hasil kalkulasi yang mungkin dari pengaturan anda akan selesai pada saat yang bersamaan .