KOMPUTASI MODERN DAN KOMPUTER
KUANTUM
Komputasi Modern
Pendahuluan
Komputasi modern adalah sebuah
konsep sistem yang menerima intruksi-intruksi dan menyimpannya dalam sebuah
memory, memory disini bisa juga dari memory komputer. Oleh karena pada saat ini
kita melakukan komputasi menggunakan komputer maka bisa dibilang komputer
merupakan sebuah komputasi modern. Konsep ini pertama kali digagasi oleh John
Von Neumann (1903-1957). Beliau adalah ilmuan yang meletakkan dasar-dasar
komputer modern. Von Neumann telah menjadi ilmuwan besar abad 21. Von Neumann
memberikan berbagai sumbangsih dalam bidang matematika, teori kuantum, game
theory, fisika nuklir, dan ilmu komputer yang di salurkan melalui
karya-karyanya . Beliau juga merupakan salah satu ilmuwan yang terkait dalam
pembuatan bom atom di Los Alamos pada Perang Dunia II lalu. Kegeniusannya dalam
matematika telah terlihat semenjak kecil dengan mampu melakukan pembagian
bilangan delapan digit (angka) di dalam kepalanya.
Dalam
kerjanya komputasi modern menghitung dan mencari solusi dari masalah yang ada,
dan perhitungan yang dilakukan itu meliputi:
1. Akurasi (big, Floating point)
2. Kecepatan (dalam satuan Hz)
3. Problem Volume Besar (Down Sizzing atau pararel)
4. Modeling (NN & GA)
5. Kompleksitas (Menggunakan Teori big O)
Jenis-jenis Komputasi Modern
Komputasi
modern terbagi tiga macam, yaitu komputasi mobile (bergerak), komputasi grid,
dan komputasi cloud (awan). Penjelasan lebih lanjut dari jenis-jenis komputasi
modern sebagai berikut :
1. Mobile computing
Mobile
computing atau komputasi bergerak memiliki beberapa penjelasan, salah satunya
komputasi bergerak merupakan kemajuan teknologi komputer sehingga dapat
berkomunikasi menggunakan jaringan tanpa menggunakan kabel dan mudah dibawa
atau berpindah tempat, tetapi berbeda dengan komputasi nirkabel. Contoh dari
perangkat komputasi bergerak seperti GPS, juga tipe dari komputasi bergerak
seperti smart phone, dan lain sebagainya.
2. Grid computing
Komputasi
grid menggunakan komputer yang terpisah oleh geografis, didistibusikan dan
terhubung oleh jaringan untuk menyelasaikan masalah komputasi skala besar.
3. Cloud computing
Komputasi
cloud merupakan gaya komputasi yang terukur dinamis dan sumber daya virtual
yang sering menyediakan layanan melalui internet. Komputasi cloud menggambarkan
pelengkap baru, konsumsi dan layanan IT berbasis model dalam internet, dan biasanya
melibatkan ketentuan dari keterukuran dinamis dan sumber daya virtual yang
sering menyediakan layanan melalui internet.
Komputer Kuantum
Pendahuluan
Komputasi kuantum adalah bidang studi difokuskan pada
teknologi komputer berkembang berdasarkan prinsip-prinsip teori kuantum , yang
menjelaskan sifat dan perilaku energi dan materi pada kuantum (atom dan
subatom) tingkat. Pengembangan komputer kuantum , jika praktis, akan menandai
lompatan maju dalam kemampuan komputasi jauh lebih besar daripada yang dari
sempoa ke modern superkomputer , dengan keuntungan kinerja di alam miliar kali
lipat dan seterusnya.
Komputer kuantum, mengikuti hukum fisika kuantum, akan
memperoleh kekuatan pengolahan yang besar melalui kemampuan untuk berada di
beberapa negara, dan untuk melakukan tugas-tugas menggunakan semua kemungkinan
permutasi secara bersamaa. Kini pusat penelitian di komputasi kuantum termasuk
MIT, IBM, Oxford University, dan Los Alamos National Laboratory.
Entanglement
Entanglement merupakan keadaan dimana dua atom yang berbeda
berhubungan sedemikian hingga satu atom mewarisi sifat atom pasangannya.
“Entanglement adalah esensi komputasi kuantum karena ini adalah jalinan
kualitas yang berhubungan dengan lebih banyak informasi dalam bit kuantum
dibanding dengan bit komputing klasik,” demikian Andrew Berkley, salah satu
peneliti.
Para ahli fisika dari University of Maryland telah satu
langkah lebih dekat ke komputer kuantum dengan mendemonstrasikan eksistensi
entanglement antara dua gurdi kuantum, masing-masing diciptakan dengan tipe
sirkuit padat yang dikenal sebagai persimpangan Josephson. Temuan terbaru ini
mendekatkan jalan menuju komputer kuantum dan mengindikasikan bahwa
persimpangan Josephson pada akhirnya dapat digunakan untuk membangun komputer
supercanggih.
Pengoperasian
Data Qubit
Proses komputasi dilakukan pada partikel ukuran nano yang
memiliki sifat mekanika quantum, maka satuan unit informasi pada Komputer
Quantum disebut quantum bit, atau qubit. Berbeda dengan bit biasa, nilai sebuah
qubit bisa 0, 1, atau superposisi dari keduanya. State dimana
qubit diukur adalah sebagai vektor atau bilangan kompleks. Sesuai tradisi
dengan quantum states lain, digunakan notasi bra-ket untuk
merepresentasikannya.
Pure qubit state adalah
superposisi liner dari kedua state tersebut. Lebih jelasnya, sebuah pure
qubit state dapat direpresentasikan oleh kombinasi linear dari state|0>
dan state |1> : Dengan α dan β adalah
amplitudo probabilitas yan dapat berupa angka kompleks. State
space dari sebuah qubit secara geometri dapat direpresentasikan Bloch
sphere
Bloch sphere adalah ruang 2 dimensi yang merupakan geometri
untuk permukaan bola. Dibandingkan bit konvensional yang hanya dapat beradai di
salah satu kutub, Qubit dapat berada dimana saja dalam permukaan bola. Untuk
penerapan fisiknya, semua sistem 2 level, selama ukurannya cukup kecil untuk
hukum mekanika quantum berlaku. Berbagai jenis implementasi fisik telah
dikemukakan, contohnya antara lain: polarisasi cahaya, spin elektron, muatan
listrik, dll.
Superposisi quantum adalah inti perbedaan antara qubit
dengan bit biasa. Dalam keadaan superposisi, sebuah qubit akan bernilai |0>
dan |1> pada saat bersamaan. Menurut interpretasi Copenhagen, bila dilakukan
pengukuran terhadap qubit, maka hanya akan muncul satu state saja. State
lainnya “kolaps” dalam arti hancur dan tidak mungkin diambil kembali.
Pemanfaatan sifat superposisi qubit ini adalah Paralellisme
Quantum. Paralelisme Quantum muncul dari kemampuan quantum register untuk
menyimpan superposisi dari base state. Maka setiap operasi
pada register berjalan pada semua kemungkinan dari superposisi secara simultan.
Karena jumlah state yang mungkin adalah 2n, dengn n adalah
jumlah qubit pada quantum register, kita dapat melakukan pada komputer quantum
satu kali operasi yang membutuh kan waktu eksponensial pada komputer
konvensional. Kelemahan dari metode ini adalah, semakin besar base state yang
bersuperposisi, semakin kecil kemungkinan hasil pengukuran dari nilai hasil
pengukuran tersebut benar. Kelemahan ini membuat pararellisme quantum tidak
berguna bila operasi dilakukan pada nilai yang spesifik. Namun kelemahan ini
tidak begitu berpengaruh pada fungsi yang memperhitungkan nilai dari semua
input, bukan hanya satu. Sebagaimana ditunjukkan pada Algoritma Shor.
Quantum
Gate
Dalam komputasi kuantum dan khusus kuantum sirkuit model
komputasi, gerbang kuantum (atau Gerbang logika kuantum) adalah rangkaian dasar
kuantum yang beroperasi di sejumlah kecil qubits. Mereka adalah blok bangunan
dari kuantum sirkuit, seperti gerbang logik klasik sirkuit digital
konvensional.
Tidak seperti logika klasik pintu gerbang pada umumnya,
logika kuantum bersifat reversibel. Namun, komputasi klasik hanya dapat
dilakukan dengan menggunakan gerbang reversibel. Sebagai contoh, gerbang
Toffoli reversibel dapat melaksanakan semua fungsi Boolean. Gerbang ini
memiliki penyetaraan kuantum secara langsung, menampilkan bahwa sirkuit kuantum
dapat melakukan semua operasi yang dilakukan oleh sirkuit klasik.
Gerbang logik kuantum yang diwakili oleh kesatuan matriks.
Gerbang kuantum yang paling umum beroperasi pada ruang dari satu atau dua
qubits, seperti Gerbang logika klasik umum beroperasi pada satu atau dua bit.
Ini berarti bahwa sebagai matriks, gerbang kuantum dapat dijelaskan oleh 2 × 2
atau 4 × 4 kesatuan matriks.
Algoritma
Shor
Algoritma Shor merupakan sebuah metode yang dikembangkan
tahun 1994 oleh ilmuwan AT&T Peter Shor untuk menggunakan komputer
kuantum yang futuristis 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.
Sumber :
Tidak ada komentar:
Posting Komentar