quantum computation
Quantum
computing
(komputer kuantum) adalah sebuah alat untuk perhitungan,
dimana penghitungan
ini menggunakan langsung fenomena kuantum mekanik, dan perhitungan ini seperti super
posisi dan balitan. Untuk melakukan operasi pada data, Quantum komputer berbeda dari komputer tradisional
yang didasarkan pada transistor. Prinsip dasar di
balik perhitungan kuantum adalah bahwa sifat kuantum dapat dihunakan untuk mewakili data dan
melakukan operasi pada data.
Perbedaan komputer klasik dengan
komputer quantum
Pada sebuah
komputer klasik memiliki memori terdiri dari bit, dimana tiap bit mewakili
salah satu atau nol. Sebuah computer
kuantum mempertahankan urutan qubit. Sebuah qubit tunggal dapat mewakili satu,
nol, atau, krusial.
Sebuah contoh dari implementasi
qubit untuk computer kuantum bisa mulai dengan menggunakan partikel dengan dua
Negara spin: “Down” dan “up” (biasanya ditulis | {\downarrow} \ rangle dan | {\ uparrow} \ rangle, atau | 0 {\ rangle} dan | 1 {\ rangle}). Namun pada kenyataannya system apapun
yang memiliki Z kuantitas diamati yang disimpan dalam evolusi waktu dan seperti yang Z memiliki setidaknya dua diskrit dan cukup spasi eigen values berturut –
turut, merupakan kandidat yang cocok untuk melaksanakan suatu qubit. Hal ini
benar karena setiap sistem tersebut dapat dipeta kan ke sistem spin-1
/ 2 efektif.
Perkembangan
Setiap Computing apapun pastgi mempunyai model yang penting, begitu juga dengan quantum computing. Quantum computing mempunyai empat model utama yang penting dan praktis, diantaranya adalah :
Setiap Computing apapun pastgi mempunyai model yang penting, begitu juga dengan quantum computing. Quantum computing mempunyai empat model utama yang penting dan praktis, diantaranya adalah :
QUANTUM BIT
Pada komputasi quantum, ada
keterhubungan dengan biner. Pada pc dan komputasi quantum sama-sama
menggunakan bahasa komputer yang disebut biner. Biner adalah basis 2 dalam
bahasa matematika karena hanya terdiri dari dua digit, yaitu 1 dan 0. Dalam
komputasi kuantum unit dasar dari informasi adalah qubit (quantum bit). Qubit
membentuk dasar dari komputasi kuantum. Qubit dalam komputasi quantum berbeda
dari biner yang biasa di gunakan pada pc lama. Misalkan, Dalam komputer klasik
mengatakan memiliki dua bit. Kedua bit bisa terdiri dari satu dari kombinasi
berikut: 00/01/10/11. Dalam komputasi kuantum, dua qubit juga dapat
terdiri dari satu dari keempat kombinasi tersebut di atas yang disebut state
bagian dasar komputasi. Sementara sepasang klasik bit dapat menyimpan nomor ini
hanya satu per satu, sepasang qubit juga bisa eksis dalam superposisi dari
dasar empat state atau antara 0 dan 1. Ini berarti bahwa sepasang qubit secara
simultan dapat terdiri dari semua empat state yang mungkin atau kombinasi (00,
01, 10, 11). Dengan demikian, qubit dapat berisi sejumlah besar informasi dan
hasil ini dalam komputer kuantum yang secara eksponensial lebih kuat daripada
komputer klasik (non-kuantum). Ada empat perangkat kontrol yang dapat digunakan
untuk membuat qubit:
·
Perangkap
ion
·
Titik-titik
kuantum
·
Semiconductor
impurities
·
Sirkuit
superkonduktor
Pengoperasian Data Qubits
Pengoperasian pada Data Qubits
adalah dengan kedua nilai yang disimpan pada setiap qubit akan selalu
mempengaruhi operasi komputer kuantum. Selain itu, sebuah n qubits sama-sama
ber-superposisi dari 0 dan 1, dia berperan untuk mengkodekan 2n nilai. Komputer
kuantum dapat menghitung nilai keseluruhannya sekaligus. Keadaan paralel ini
memiliki istilah Paralelisme Kuantum. Setiap rangkaian yang tercipta selalu memiliki
rangkaian kuantum yang sesuai. Jadi dapat disimpulkan bahwa teknologi yang
diterapkan pada komputer kuantum mampu melakukan perhitungan pada semua nilai
pada waktu yang hampir sama, dengan waktu yang sama komputer konvensional
hanyabisa melakukan perhitungan tunggal.
Quantum Gates
Dalam kuantum komputer dan khususnya model
rangkaian kuantum perhitungan,sebuah quantum gates atau quantum logic
gates adalah dasar kuantum sirkuit operasi
pada sejumlah kecil qubit. Mereka adalah blok
bangunan sirkuit kuantum, seperti logic
gates klasik untuk sirkuit digital konvensional.
Algoritma Shor
Algoritma Shor yang sederhana adalah
mem-faktorkan bilangan 15, dimana untuk melakukannya dibutuhkan komputer
kuantum 7 quabit. 7 quabit ini digambarkan oleh para ahli kimia dengan
menciptakan 7 putaran nukleus. Nukleus ini terdiri dari 5 atom fluorin dan 2
atom karbon yang dapat berinteraksi satu dengan yang lain sebagai qubit.. Kedua
jenis atom tersebut dapat di program dengan menggunakan impulsefrekuensi
radio dan dapat dideteksi dengan alat resonansi magnetis nuklir. Algoritma Shor
ini menarik minat para ilmuwan IBM untuk mengontrol sebuah tabung kecil yang
berisikan 1 miliar atau didefinisikan 10 pangkat 8 dari molekul-molekul ini
untuk dapat menjalankan algoritma shor. Tujuannya cuma satu yakni untuk
mengindentifikasi secara tepat 3 dan 5 sebagai faktor 15.
Entanglement
Entanglement merupakan fenomena yang
dihasilkan dari mekanika kuantum dan dimanfaatkan untuk teknologi komputer
kuantum. Rumusannya seperti ini, terdapat 2 buah atom yang telah mendapatkan
gaya tertentu, keduanya bisa masuk pada keadaanentangled. Keadaan ini
memungkinkan kedua atom-atom tersebut akan tetap berhubungan walaupun jarak
memisahkan keduanya. Ini dibuktikan dengan sebuah analogi yang menggambarkan
sepasang manusia yang memiliki telepati yang jika salah satu
dicubit maka yang lain akan merasakan sakit juga. Perlakuan terhadap salah satu
atom akan mempengaruhi keadaan atom yang menjadi pasangannya. Situasi ini
sungguh cepat dan seakan-akan mengalahkan kecepatan cahaya.
Essential Elements Teori Quantum:
Energi, seperti materi, terdiri dari
unit diskrit, bukan hanya sebagai gelombang terus menerus. Dasar partikel dari
kedua energi dan materi, tergantung pada kondisi, mungkin berperilaku seperti
baik partikel atau gelombang. Gerakan partikel dasar secara inheren acak, dan,
dengan demikian, tak terduga. Pengukuran simultan dari dua nilai komplementer,
seperti posisi dan momentum suatu partikel dasar, adalah inescapably cacat,
nilai yang lebih tepat diukur, semakin cacat akan menjadi pengukuran nilai
lain.
Quantum Programming
Mungkin bahkan lebih menarik
daripada daya semata-mata komputasi kuantum adalah kemampuan yang menawarkan
untuk menulis program dengan cara yang sama sekali baru. Sebagai contoh, sebuah
komputer kuantum bisa menggabungkan urutan program yang akan di sepanjang baris
"mengambil semua superposisi dari semua perhitungan sebelumnya" - sesuatu
yang tidak berarti dengan komputer klasik - yang akan memungkinkan cara-cara
yang sangat cepat untuk memecahkan masalah matematika tertentu , seperti
faktorisasi jumlah besar, salah satu contoh yang kita bahas di bawah ini.
Ada dua keberhasilan penting sejauh
ini dengan pemrograman kuantum. Yang pertama terjadi pada tahun 1994 oleh Peter
Shor, (sekarang di AT & T Labs) yang mengembangkan sebuah algoritma kuantum
yang efisien bisa menguraikan pd pengali jumlah besar. Ini pusat pada sistem
yang menggunakan teori bilangan untuk memperkirakan periodisitas dari urutan
nomor besar. Terobosan besar lainnya terjadi dengan Lov Grover dari Bell Labs
pada tahun 1996, dengan algoritma yang sangat cepat yang terbukti menjadi yang
tercepat mungkin untuk mencari melalui database tidak terstruktur. Algoritma
ini sangat efisien sehingga hanya membutuhkan rata-rata, sekitar akar N persegi
(dimana N adalah jumlah total elemen) pencarian untuk menemukan hasil yang
diinginkan, sebagai lawan pencarian dalam komputasi klasik, yang pada kebutuhan
rata-rata N / 2 pencarian.
Superposisi
Bayangkan sebuah qubit sebagai
elektron dalam medan magnet. spin elektron tersebut mungkin baik sejalan dengan
bidang, yang dikenal sebagai negara-up spin, atau sebaliknya ke lapangan, yang
dikenal sebagai negara-down spin. Mengubah spin elektron dari satu negara ke
lain dicapai dengan menggunakan pulsa energi, seperti dari laser - mari kita
berkata, bahwa kita menggunakan 1 unit energi laser. Tapi bagaimana kalau kita
hanya menggunakan setengah unit energi laser dan benar-benar mengisolasi
partikel dari segala pengaruh eksternal? Menurut hukum kuantum, partikel
kemudian memasuki superposisi negara, di mana ia berperilaku seolah-olah itu di
kedua negara secara bersamaan. Setiap qubit dimanfaatkan bisa mengambil suatu
superposisi dari kedua 0 dan 1. Dengan demikian, jumlah perhitungan bahwa
sebuah komputer kuantum dapat melakukan adalah 2 ^ n, dimana n adalah jumlah
qubit yang digunakan. Sebuah komputer kuantum terdiri dari 500 qubit akan
memiliki potensi untuk melakukan 2 ^ 500 perhitungan dalam satu langkah. Ini
adalah nomor awesome - 2 ^ 500 adalah atom jauh lebih daripada yang terdapat di
alam semesta (ini pemrosesan paralel benar - klasik komputer saat ini, bahkan
disebut prosesor paralel, masih hanya benar-benar melakukan satu hal pada suatu
waktu: hanya ada dua atau lebih dari mereka melakukannya). Tapi bagaimana
partikel-partikel ini berinteraksi dengan satu sama lain? Mereka akan
melakukannya melalui belitan kuantum.
Keterkaitan Partikel (seperti foton,
elektron, atau qubit) yang berinteraksi di beberapa titik mempertahankan jenis
koneksi dan dapat dijerat dengan satu sama lain dalam pasangan, dalam proses
yang dikenal sebagai korelasi. Mengetahui keadaan spin dari satu partikel
terjerat - atas atau bawah - memungkinkan seseorang untuk mengetahui bahwa spin
dari pasangannya adalah dalam arah yang berlawanan. Bahkan lebih menakjubkan
adalah pengetahuan yang, karena fenomena superpostition, partikel diukur tidak
memiliki arah spin tunggal sebelum diukur, namun secara bersamaan di kedua
spin-up dan keadaan spin-down. Keadaan spin dari partikel yang diukur
diputuskan pada saat pengukuran dan dikomunikasikan kepada partikel
berkorelasi, yang sekaligus mengasumsikan berputar arah berlawanan dengan yang
partikel diukur. Ini adalah fenomena nyata (Einstein menyebutnya "aksi
seram pada jarak"), mekanisme yang tidak bisa, belum, dijelaskan dengan
teori apapun - itu hanya harus diambil seperti yang diberikan. Keterkaitan kuantum
memungkinkan qubit yang dipisahkan oleh jarak yang luar biasa untuk
berinteraksi satu sama lain secara instan (tidak terbatas pada kecepatan
cahaya). Tidak peduli seberapa besar jarak antara partikel berkorelasi, mereka
akan tetap terjerat selama mereka terisolasi.
Secara keseluruhan, superposisi
kuantum dan belitan menciptakan daya komputasi sangat ditingkatkan. Apabila
suatu register 2-bit di komputer biasa dapat menyimpan hanya satu dari empat
konfigurasi biner (00, 01, 10, atau 11) pada waktu tertentu, daftar 2-qubit
dalam sebuah komputer kuantum dapat menyimpan semua empat nomor-nomor secara
bersamaan, karena qubit masing-masing mewakili dua nilai. Jika qubit yang lebih
banyak, peningkatan kapasitas diperluas secara eksponensial.
Perkembangan lebih lanjut Teori Quantum
Niels Bohr mengusulkan interpretasi
Copenhagen dari teori kuantum, yang menyatakan bahwa partikel adalah apa pun
yang diukur harus (misalnya, gelombang atau partikel a) tetapi itu tidak dapat
dianggap memiliki sifat tertentu, atau bahkan ada, sampai diukur. Singkatnya,
Bohr mengatakan bahwa realitas obyektif tidak ada. Ini berarti dengan prinsip
yang disebut superposisi yang menyatakan bahwa sementara kita tidak tahu apa
keadaan objek apapun, sebenarnya di semua negara yang mungkin secara bersamaan,
selama kita tidak melihat untuk memeriksa.
Untuk menggambarkan teori ini, kita
dapat menggunakan analogi yang terkenal dan agak kejam Schrodinger's Cat.
Pertama, kami memiliki kucing hidup dan tempatkan dalam kotak memimpin tebal.
Pada tahap ini, tidak ada pertanyaan bahwa kucing masih hidup. Kami kemudian
melemparkan dalam botol sianida dan segel kotak. Kami tidak tahu apakah kucing
hidup atau jika telah melanggar kapsul sianida dan mati. Karena kita tidak
tahu, kucing adalah baik mati dan hidup, menurut hukum kuantum - dalam
superposisi negara. Hanya ketika kita membuka kotak dan melihat apa kondisi
kucingnya ada di bahwa superposisi terputus, dan kucing harus baik hidup atau
mati.
Interpretasi kedua adalah teori
kuantum atau banyak-dunia teori multiverse. Ini memegang bahwa segera setelah
potensi ada untuk objek apapun untuk berada dalam keadaan apapun, alam semesta
itu transmute objek menjadi serangkaian alam semesta paralel sama dengan jumlah
negara yang mungkin di mana objek dapat eksis, dengan alam semesta
masing-masing berisi negara yang unik mungkin satu objek itu. Selain itu, ada
mekanisme untuk interaksi antara alam semesta yang entah bagaimana memungkinkan
semua negara untuk dapat diakses dengan cara tertentu dan untuk semua negara
mungkin akan terpengaruh dalam beberapa cara. Stephen Hawking dan almarhum
Richard Feynman adalah di antara para ilmuwan yang telah menyatakan preferensi
untuk teori banyak-dunia.
Yang pernah satu argumen memilih,
prinsip bahwa, dalam beberapa cara, satu partikel bisa ada di berbagai negara
membuka implikasinya yang mendalam untuk komputasi. Sebuah Perbandingan Klasik
dan Quantum Computing mengandalkan komputasi klasik, pada tingkat teratas, pada
prinsip-prinsip yang diungkapkan oleh aljabar Boolean, beroperasi dengan
(biasanya) 7-mode gerbang logika prinsip, meskipun mungkin ada dengan hanya
tiga mode (yang DAN, TIDAK, dan COPY). Data harus diproses dalam keadaan biner
eksklusif pada setiap saat - yaitu, baik 0 (off / false) atau 1 (on / true).
Nilai-nilai adalah digit biner, atau bit. Jutaan transistor dan kapasitor di
jantung komputer hanya bisa dalam satu negara pada titik apapun. Sedangkan saat
itu setiap transistor atau kapasitor perlu baik dalam 0 atau 1 sebelum beralih
menyatakan sekarang diukur dalam miliar detik, masih ada batas untuk berapa
cepat perangkat ini dapat dibuat untuk beralih negara. Ketika kami maju ke
sirkuit yang lebih kecil dan lebih cepat, kita mulai mencapai batas fisik
material dan ambang untuk hukum klasik fisika untuk diterapkan. Di luar ini,
dunia kuantum mengambil alih, yang membuka potensi sebagai besar sebagai
tantangan yang disajikan. Komputer Quantum, sebaliknya, dapat bekerja dengan
modus logika gerbang-dua: XOR dan mode kami akan menelepon QO1 (kemampuan untuk
mengubah 0 menjadi superposisi 0 1, dan gerbang logika yang tidak bisa eksis
dalam komputasi klasik) . Dalam komputer kuantum, sejumlah elemen partikel
seperti elektron atau foton dapat digunakan (dalam praktek, keberhasilan juga
telah dicapai dengan ion), baik dengan biaya atau polarisasi bertindak sebagai
representasi dari 0 dan / atau 1. Setiap partikel ini dikenal sebagai bit
kuantum, atau qubit, sifat dan perilaku partikel-partikel ini membentuk dasar
perhitungan kuantum. Dua aspek yang paling relevan fisika kuantum adalah
prinsip-prinsip superposisi dan belitan.
Masalah Dan Beberapa Solusi
Beberapa masalah dengan komputasi kuantum adalah sebagai
berikut:
1. Interferensi - Selama tahap
perhitungan perhitungan kuantum, gangguan sekecil apapun dalam sebuah sistem
kuantum (mengatakan foton tersesat atau gelombang radiasi EM) menyebabkan
perhitungan kuantum runtuh, sebuah proses yang dikenal sebagai de-koherensi.
Sebuah komputer kuantum harus benar-benar terisolasi dari semua gangguan
eksternal selama tahap perhitungan. Beberapa keberhasilan telah dicapai dengan
penggunaan qubit dalam medan magnet kuat, dengan penggunaan ion.
2. Koreksi kesalahan - Karena
benar-benar mengisolasi sistem kuantum terbukti sangat sulit, sistem koreksi
kesalahan untuk perhitungan kuantum telah dikembangkan. Qubit tidak bit data
digital, sehingga mereka tidak dapat menggunakan konvensional (dan sangat
efektif) koreksi kesalahan, seperti metode triple berlebihan. Mengingat sifat
dari komputasi kuantum, koreksi kesalahan ultra kritis - bahkan satu kesalahan
dalam perhitungan dapat menyebabkan validitas perhitungan seluruh runtuh. Telah
ada kemajuan di bidang ini, dengan koreksi kesalahan algoritma dikembangkan
yang memanfaatkan 9 qubit (1 komputasi dan 8 pemasyarakatan). Baru-baru ini,
ada sebuah terobosan oleh IBM yang membuat hubungannya dengan total 5 qubit (1
komputasi dan 4 pemasyarakatan).
3. memperhatikan Output - erat terkait dengan di
atas dua, mengambil data keluaran setelah perhitungan kuantum adalah risiko
selesai merusak data. Dalam sebuah contoh dari sebuah komputer kuantum dengan
500 qubit, kita memiliki 1 dalam 2 ^ 500 kesempatan mengamati output benar jika
kita mengukur output. Jadi, apa yang dibutuhkan adalah suatu metode untuk
memastikan bahwa, segera setelah semua perhitungan dibuat dan tindakan
observasi berlangsung, nilai diamati akan sesuai dengan jawaban yang benar.
Bagaimana hal ini dapat dilakukan? Ini telah dicapai oleh Grover dengan
algoritma pencarian database-nya, yang bergantung pada bentuk khusus
"gelombang" dari kurva probabilitas yang melekat dalam komputer
kuantum, yang menjamin, setelah semua perhitungan selesai, tindakan pengukuran
akan melihat keadaan kuantum decohere ke jawaban yang benar.
4. Meskipun ada banyak masalah untuk mengatasi,
terobosan dalam 15 tahun terakhir, dan terutama dalam 3 terakhir, telah membuat
beberapa bentuk komputasi kuantum praktis tidak layak, tapi ada banyak
perdebatan mengenai apakah ini kurang dari satu dekade lagi atau seratus tahun
ke depan. Namun, potensi bahwa teknologi ini menawarkan banyak menarik minat
luar biasa baik dari pemerintah dan sektor swasta. aplikasi Militer mencakup
kemampuan untuk memecahkan kunci enkripsi melalui pencarian kekerasan,
sedangkan aplikasi sipil berkisar dari pemodelan DNA untuk analisis ilmu
material yang kompleks. Ini adalah potensi ini yang cepat mendobrak hambatan
untuk teknologi ini, tapi apakah semua hambatan bisa pecah, dan ketika, sangat
banyak pertanyaan terbuka
sumber:
http://juniar-abe.blogspot.com/2011/05/quantum-computing.html
http://id.wikipedia.org/wiki/Komputer_kuantum
http://www.faktailmiah.com/2010/08/06/kemajuan-jaringan-kuantum-dengan-entanglement-foton-pada-kubit-keadaan-padat.html
http://bintangfebryanmarpaung.blogspot.com/2013/05/pengantar-komputasi-modern-iii_15.html
0 komentar:
Posting Komentar