MAKALAH
KOMPUTASI MODERN
(Teknik Informatika)
NAMA KELOMPOK :
ALFHARIZKY FAUZI : 50417462
FARHAN MEDITAMA GUNAWAN : 52417187
FADHIIL HABIB ISPAN : 52417026
RICKY WIDIANTO : 55417145
UNIVERSITAS GUNADARMA
2021
Quantum Computation
Merupakan Komputer atau alat hitung yang menggunakan mekanika kuantum seperti superposisi dan entanglement (keterkaitan), yang digunakan untuk peng-operasi-an data. Perhitungan jumlah data pada komputasi klasik dihitung dengan bit, sedangkan perhitungan jumlah data pada komputer kuantum 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.
Dalam bahasa Indonesia yaitu komputer kuantum, merupakan komputer yang memanfaatkan fenomena-fenomena dari mekanika kuantum, seperti quantum superposition dan quantum entanglement, yang digunakan untuk pengoperasian data. Quantum Computation itu sendiri adalah suatu bidang studi yang memfokuskan kepada teknologi komputer yang sedang berkembang berdasarkan prinsip-prinsip dari teori kuantum. Dimana dijelaskan mulai dari sifat serta perilaku energi dan materi pada kuantum (atom dan subatom) tingkat. Quantum Computing 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. Walaupun komputer kuantum masih dalam pengembangan, telah dilakukan eksperimen dimana operasi komputasi kuantum dilakukan atas sejumlah kecil Qubit. Riset baik secara teoritis maupun praktik terus berlanjut dalam laju yang cepat, banyak pemerintah nasional dan agensi pendanaan militer mendukung riset komputer kuantum untuk pengembangannya, baik untuk keperluan rakyat maupun masalah keamanan nasional seperti kriptanalisis. Perhitungan jumlah data pada komputasi klasik dihitung dengan bit, sedangkan perhitungan jumlah data pada komputer kuantum 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.
Komputer kuantum dapat jauh lebih cepat dari komputer konvensional pada banyak
masalah, salah satunya yaitu masalah yang memiliki sifat berikut :
1) Satu-satunya cara adalah menebak dan mengecek jawabannya berkali-kali
2) Terdapat n jumlah jawaban yang mungkin
3) Setiap kemungkinan jawaban membutuhkan waktu yang sama untuk mengeceknya
4) Tidak ada petunjuk jawaban mana yang kemungkinan benarnya lebih besar: memberi
jawaban dengan asal tidak berbeda dengan mengeceknya dengan urutan tertentu.
Teknologi komputer pada zaman globalisasi saat ini telah berkembang pesat, sehingga komputer dengan teknologi lama mulai tergantikan dengan teknologi yang baru yang pastinya sudah lebih canggih. Kita bisa melihat contohnya pada teknologi pemrosesan Quantum Computing yang merupakan alat hitung menggunakan sebuah fenomena mekanika kuantum. Dapat diambil contohnya seperti penggunaan superposisi dan keterkaitan (entanglement) untuk proses operasi data. Dalam komputer klasik jumlah data dihitung dengan bit, sedangkan dalam komputer kuantum jumlah data dihitung dengan qubit. Adapun prinsip dasar komputer kuantum yang perlu kita tahu adalah bahwa sifat kuantum dari partikel dapat digunakan untuk mewakili data dan struktur data. Selain itu prinsip lainnya adalah bahwa mekanika kuantum dapat digunakan untuk melakukan operasi pada data tersebut. Oleh karena itu, untuk mengembangkan komputer dengan sistem kuantum diperlukan logika baru yang tentunya sesuai dengan prinsip quantum ini.
“Quantum computing adalah cara melakukan komputasi dengan memanfaatkan fenomena pada fisika yang disebut superposition (superposisi) dan entanglement (keterkaitan kuantum) yang berdampak pada proses perhitungan yang jauh lebih cepat dibanding komputer biasa untuk beberapa permasalahan tertentu seperti masalah pencarian kunci pada kriptografi, simulasi dunia fisik dan machine learning,” kata Amril Syalim selaku dosen dan peneliti bidang cyber security, cryptography, dan cloud computing di Fakultas Ilmu Komputer Universitas Indonesia (UI).
komputer kuantum juga tidak akan digunakan untuk menggantikan komputer yang dipakai saat ini, karena tidak semua masalah komputasi bisa dihitung oleh komputer kuantum lebih cepat dibanding komputer biasa.
Sebagai contoh, komputer kuantum bisa dimanfaatkan untuk memperbaiki dan mempercepat perhitungan seperti simulasi cuaca, pemecahan kode enkripsi, dan proses pembelajaran mesin. Namun, untuk pekerjaan office seperti Microsoft Word, Excel, bahkan juga aplikasi web, aplikasi mobile akan tetap menggunakan komputer biasa.
Dalam skala kecil, komputer kuantum sudah terbukti bisa diimplementasikan. Namun, untuk skala besar supaya dapat menghitung dengan data dalam jumlah besar, masih banyak masalah yang perlu diselesaikan sehingga untuk sekarang ini belum ada komputer kuantum yang bisa digunakan untuk menyelesaikan masalah dalam skala besar di dunia nyata.
Sejarah singkat
Pada tahun 1970-an pencetusan atau ide tentang komputer kuantum pertama kali muncul oleh para fisikawan dan ilmuwan komputer, seperti Charles H. Bennett dari IBM, Paul A. Benioff dari Argonne National Laboratory, Illinois, David Deutsch dari University of Oxford, dan Richard P. Feynman dari California Institute of Technology (Caltech).
Feynman dari California Institute of Technology yang pertama kali mengajukan dan menunjukkan model bahwa sebuah sistem kuantum dapat digunakan untuk melakukan komputasi. Feynman juga menunjukkan bagaimana sistem tersebut dapat menjadi simulator bagi fisika kuantum.
Pada tahun 1985, Deutsch menyadari esensi dari komputasi oleh sebuah komputer kuantum dan menunjukkan bahwa semua proses fisika, secara prinsipil, dapat dimodelkan melalui komputer kuantum. Dengan demikian, komputer kuantum memiliki kemampuan yang melebihi komputer klasik.
Pada tahun 1995, Peter Shor merumuskan sebuah algoritma yang memungkinkan penggunaan komputer kuantum untuk memecahkan masalah faktorisasi dalam teori bilangan.
Sampai saat ini, riset dan eksperimen pada bidang komputer kuantum masih terus dilakukan di seluruh dunia. Berbagai metode dikembangkan untuk memungkinkan terwujudnya sebuah komputer yang memiliki kemampuan yang luar biasa ini. Sejauh ini, sebuah komputer kuantum yang telah dibangun hanya dapat mencapai kemampuan untuk memfaktorkan dua digit bilangan. Komputer kuantum ini dibangun pada tahun 1998 di Los Alamos, Amerika Serikat, menggunakan NMR (Nuclear Magnetic Resonance).
Entanglement
Quantum entanglement adalah salah satu fenomena paling unik di dunia Quantum Fisika. Fenomena ini memungkinkan dua atom untuk mempunyai properti yang sama atau berlawanan satu sama lain, tanpa adanya interaksi diantara keduanya. Jadi meskipun jarak memisahkan dua atom itu, keduanya akan tetap terhubung seketika seolah ada sinyal yang mampu mempengaruhi keadaan mereka yang bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya. Agak sulit untuk membayangkan fenomena ini di dalam kejadian sehari-hari. Namun kita dapat membuat perumpamaan sebagai berikut.
Pengoperasian Data Qubit
Sebuah qubit adalah unit dasar informasi dalam sebuah komputer kuantum. Sementara sedikit dapat mewakili hanya satu dari dua kemungkinan seperti 0 / 1, ya / tidak, qubit dapat mewakili lebih: 0 / 1, 1 dan 0, probabilitas terjadinya setiap saat dikombinasikan dengan qubit lebih, dan semua yang secara bersamaan. Secara umum komputer kuantum dengan qubit n bisa dalam superposisi sewenang-wenang hingga 2n negara bagian yang berbeda secara bersamaan (ini dibandingkan dengan komputer normal yang hanya dapat di salah satu negara n 2 pada satu waktu).
Untuk memanipulasi sebuah qubit, maka menggunakan Quantum Gates (Gerbang Kuantum). Cara kerjanya yaitu sebuah gerbang kuantum bekerja mirip dengan gerbang logika klasik. Gerbang logika klasik mengambil bit sebagai input, mengevaluasi dan memproses input dan menghasilkan bit baru sebagai output.
Quantum Gates
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.
Algoritma Shor
Algoritma yang ditemukan oleh Peter Shor pada tahun 1995. Dengan menggunakan algoritma ini, sebuah komputer kuantum dapat memecahkan sebuah kode rahasia yang saat ini secara umum digunakan untuk mengamankan pengiriman data. Kode yang disebut kode RSA ini, jika disandikan melalui kode RSA, data yang dikirimkan akan aman karena kode RSA tidak dapat dipecahkan dalam waktu yang singkat. Selain itu, pemecahan kode RSA membutuhkan kerja ribuan komputer secara paralel sehingga kerja pemecahan ini tidaklah efektif.
Algoritma Shor bergantung pada hasil dari teori bilangan. Hasil ini adalah: fungsi periodik. Dalam konteks algoritma Shor, n akan menjadi bilangan yang akan difaktorkan. Jika dua bilangan tersebut adalah coprime itu berarti bahwa pembagi umumnya adalah 1. Perhitungan fungsi ini untuk jumlah eksponensial, dari itu akan mengambil waktu eksponensial pada komputer klasik. Algoritma Shor memanfaatkan paralelisme kuantum untuk melakukan jumlah eksponensial operasi dalam satu langkah.
Implementasi Quantum Computing
Pada 19 Nov 2013 Lockheed Martin, NASA dan Google semua memiliki satu misi yang sama yaitu mereka semua membuat komputer kuantum sendiri. Komputer kuantum ini adalah superkonduktor chip yang dirancang oleh sistem D – gelombang dan yang dibuat di NASA Jet Propulsion Laboratories.
NASA dan Google berbagi sebuah komputer kuantum untuk digunakan di Quantum Artificial Intelligence Lab menggunakan 512 qubit D -Wave Two yang akan digunakan untuk penelitian pembelajaran mesin yang membantu dalam menggunakan jaringan syaraf tiruan untuk mencari set data astronomi planet ekstrasurya dan untuk meningkatkan efisiensi searchs internet dengan menggunakan AI metaheuristik di search engine heuristic.
A.I. seperti metaheuristik dapat menyerupai masalah optimisasi global mirip dengan masalah klasik seperti pedagang keliling, koloni semut atau optimasi swarm, yang dapat menavigasi melalui database seperti labirin. Menggunakan partikel terjerat sebagai qubit, algoritma ini bisa dinavigasi jauh lebih cepat daripada komputer konvensional dan dengan lebih banyak variabel.
Penggunaan metaheuristik canggih pada fungsi heuristic lebih rendah dapat melihat simulasi komputer yang dapat memilih sub rutinitas tertentu pada komputer sendiri untuk memecahkan masalah dengan cara yang benar-benar cerdas . Dengan cara ini mesin akan jauh lebih mudah beradaptasi terhadap perubahan data indrawi dan akan mampu berfungsi dengan jauh lebih otomatisasi daripada yang mungkin dengan komputer normal.
Pada tahun 2000, IBM sudah membuat quantum computer dengan 5 qubits dengan atom sebagai prosesornya. dan D-Wave perusahaan komputer asal Vancouver, Canada merilis kabar bahwa pihaknya telah mampu untuk beroperasi dengan prinsip quantum yang jauh lebih cepat dari komputer yang ada saat ini.
Komputer yang diberi nama ―Orion‖ ini, menggunakan teknik cetakan rata yang sistematis, dipadukan dengan sebuah chip niobium superkonduksi dan suhu ultra rendah, dapat mengerjakan 16 qubit. Chip inti harus dingin hingga mendekati titik nol absolut (-125.15ºC), agar supaya dalam proses perhitungannya tetap dalam kondisi kuantum.
Perusahaan D-Wave menuturkan, bahwa komputer kuantum ini bisa mengoperasikan 64 ribu hitungan secara bersamaan, dan prototipe komputer kuantum yang diperlihatkannya pada 13 Februari 2007 merupakan komputer tipe bisnis yang pertama di dunia, di dalamnya ditanami chip kuantum yang dapat mengoperasikan 16 qubit.
Beberapa waktu lalu para ilmuwan di pusat penelitian di Almaden telah berhasil menjalankan kalkulasi komputer kuantum yang paling rumit hingga saat ini. Mereka berhasil membuat seribu triliun molekul yang didesain khusus dalam sebuah tabung menjadi sebuah komputer kuantum 7-Qubit yang mampu memecahkan sebuah versi sederhana perhitungan matematika yang merupakan inti dari banyak diantara system kriptografis pengamanan data (data security cryptographic system). Keberhasilan ini memperkuat keyakinan bahwa suatu saat komputer - komputer kuantum akan mampu memecahkan problem yang demikian kompleks yang selama ini tidak mungkin dapat dipecahkan oleh super komputer - super komputer yang paling hebat meski dalam tempo jutaan tahun sekalipun.
Dalam edisi jurnal ilmiah nature yang terbit beberapa waktu lalu, sebuah tim bersama sama mahasiswa tingkat graduate dari universitas stanford melaporkan demonstrasi pertama dari "Algoritma Shor" sebuah metode yang dikembangkan tahun 1994 oleh ilmuwan AT & T Peter Shor untuk menggunakan komputer kuantum yang futuristik 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.
Beberapa waktu lalu para ilmuwan di pusat penelitian di Almaden telah berhasil menjalankan kalkulasi komputer kuantum yang paling rumit hingga saat ini. Mereka berhasil membuat seribu triliun molekul yang didesain khusus dalam sebuah tabung menjadi sebuah komputer kuantum 7-Qubit yang mampu memecahkan sebuah versi sederhana perhitungan matematika yang merupakan inti dari banyak diantara system kriptografis pengamanan data (data security cryptographic system). Keberhasilan ini memperkuat keyakinan bahwa suatu saat komputer - komputer kuantum akan mampu memecahkan problem yang demikian kompleks yang selama ini tidak mungkin dapat
dipecahkan oleh super komputer - super komputer yang paling hebat meski dalam tempo jutaan tahun sekalipun.
AI seperti metaheuristik dapat menyerupai masalah optimisasi global mirip dengan masalah klasik seperti pedagang keliling. Koloni semut atau optimasi swarm yang dapat menavigasi melalui database seperti labirin. Menggunakan partikel terjerat sebagai Qubit, algoritma ini bisa dinavigasi jauh lebih cepat daripada komputer konvensional dan dengan lebih banyak variabel. Penggunaan metaheuristik canggih pada fungsi heuristic lebih rendah dapat melihat simulasi komputer yang dapat memilih sub rutinitas tertentu pada komputer sendiri untuk memecahkan masalah dengan cara yang benar-benar cerdas, dengan cara ini mesin akan jauh lebih mudah beradaptasi terhadap perubahan data indrawi dan akan mampu berfungsi dengan jauh lebih otomatisasi daripada yang mungkin dengan komputer normal.
No comments:
Post a Comment