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.
Ide mengenai komputer kuantum ini berasal dari beberapa fisikawan antara lain 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).
Pada awalnya Feynman mengemukakan idenya mengenai sistem kuantum yang juga dapat melakukan proses penghitungan. Fenyman juga mengemukakan bahwa sistem ini bisa menjadi simulator bagi percobaan fisika kuantum.
Selanjutnya para ilmuwan mulai melakukan riset mengenai sistem kuantum tersebut, mereka juga berusaha untuk menemukan logika yang sesuai dengan sistem tersebut. Sampai saat ini telah dikemukaan dua algoritma baru yang bisa digunakan dalam sistem kuantum yaitu algoritma shor dan algoritma grover.
Walaupun komputer kuantum masih dalam pengembangan, telah dilakukan eksperimen dimana operasi komputasi kuantum dilakukan atas sejumlah kecil Qubit. Riset baik secara teoretis maupun praktik terus berlanjut dalam laju yang cepat, dan banyak pemerintah nasional dan agensi pendanaan militer mendukung riset komputer kuantum untuk pengembangannya baik untuk keperluan rakyat maupun masalah keamanan nasional seperti kriptoanalisis.
Telah dipercaya dengan sangat luas, bahwa apabila komputer kuantum dalam skala besar dapat dibuat, maka komputer tersebut dapat menyelesaikan sejumlah masalah lebih cepat daripada komputer biasa. Komputer kuantum berbeda dengan komputer DNA dan komputer klasik berbasis transistor, walaupun mungkin komputer jenis tersebut menggunakan prinsip kuantum mekanik. Sejumlah arsitektur komputasi seperti komputer optik walaupun menggunakan superposisi klasik dari gelombang elektromagnetik, namun tanpa sejumlah sumber kuantum mekanik yang spesifik seperti keterkaitan, maka tak dapat berpotensi memiliki kecepatan komputasi sebagaimana yang dimiliki oleh komputer kuantum.
Ide mengenai komputer kuantum ini berasal dari beberapa fisikawan antara lain 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).
Pada awalnya Feynman mengemukakan idenya mengenai sistem kuantum yang juga dapat melakukan proses penghitungan. Fenyman juga mengemukakan bahwa sistem ini bisa menjadi simulator bagi percobaan fisika kuantum.
Selanjutnya para ilmuwan mulai melakukan riset mengenai sistem kuantum tersebut, mereka juga berusaha untuk menemukan logika yang sesuai dengan sistem tersebut. Sampai saat ini telah dikemukaan dua algoritma baru yang bisa digunakan dalam sistem kuantum yaitu algoritma shor dan algoritma grover.
Walaupun komputer kuantum masih dalam pengembangan, telah dilakukan eksperimen dimana operasi komputasi kuantum dilakukan atas sejumlah kecil Qubit. Riset baik secara teoretis maupun praktik terus berlanjut dalam laju yang cepat, dan banyak pemerintah nasional dan agensi pendanaan militer mendukung riset komputer kuantum untuk pengembangannya baik untuk keperluan rakyat maupun masalah keamanan nasional seperti kriptoanalisis.
Telah dipercaya dengan sangat luas, bahwa apabila komputer kuantum dalam skala besar dapat dibuat, maka komputer tersebut dapat menyelesaikan sejumlah masalah lebih cepat daripada komputer biasa. Komputer kuantum berbeda dengan komputer DNA dan komputer klasik berbasis transistor, walaupun mungkin komputer jenis tersebut menggunakan prinsip kuantum mekanik. Sejumlah arsitektur komputasi seperti komputer optik walaupun menggunakan superposisi klasik dari gelombang elektromagnetik, namun tanpa sejumlah sumber kuantum mekanik yang spesifik seperti keterkaitan, maka tak dapat berpotensi memiliki kecepatan komputasi sebagaimana yang dimiliki oleh komputer kuantum.
Quantum entanglement
Quantum entanglement adalah fenomena fisik yang terjadi ketika pasangan atau kelompok partikel dihasilkan atau berinteraksi sedemikian rupa sehingga keadaan kuantum masing-masing partikel tidak dapat digambarkan secara independen dari yang lain, bahkan bila partikel dipisahkan oleh jarak yang jauh-alih-alih, sebuah Keadaan kuantum harus dijelaskan untuk sistem secara keseluruhan.
Pengukuran sifat fisik seperti posisi, momentum, spin, dan polarisasi, yang dilakukan pada partikel yang dililit ditemukan berkorelasi yang tepat. Misalnya, jika sepasang partikel dihasilkan sedemikian rupa sehingga putaran totalnya diketahui nol, dan satu partikel ditemukan berputar searah jarum jam pada sumbu tertentu, putaran partikel lainnya, yang diukur pada sumbu yang sama. , Akan ditemukan berlawanan arah jarum jam, seperti yang diharapkan karena keterikatan mereka. Namun, perilaku ini menimbulkan efek paradoks: setiap pengukuran benda partikel dapat dilihat sebagai tindakan pada partikel tersebut (mis., Oleh runtuh sejumlah keadaan terisi) dan akan mengubah properti kuantum asli dengan beberapa jumlah yang tidak diketahui; Dan dalam kasus partikel yang dililit, pengukuran semacam itu akan ada pada sistem yang terjerat secara keseluruhan. Dengan demikian, tampak bahwa satu partikel dari pasangan yang terjerat "tahu" pengukuran apa yang telah dilakukan di sisi lain, dan dengan hasil apa, walaupun tidak ada sarana yang diketahui untuk informasi semacam itu dikomunikasikan di antara partikel-partikel, yang pada saat pengukuran Dapat dipisahkan dengan jarak jauh yang sewenang-wenang.
Quantum Gates
Dalam komputasi kuantum dan khususnya model rangkaian kuantum perhitungan, gerbang kuantum (atau gerbang logika kuantum) adalah rangkaian kuantum dasar yang beroperasi pada sejumlah kecil qubit. Mereka adalah blok bangunan rangkaian kuantum, seperti gerbang logika klasik untuk rangkaian digital konvensional.
Tidak seperti banyak gerbang logika klasik, gerbang logika kuantum dapat dipulihkan. Namun, dimungkinkan untuk melakukan komputasi klasik hanya dengan menggunakan gerbang reversibel. Misalnya, gerbang Toffoli yang dapat dipulihkan dapat menerapkan semua fungsi Boolean. Gerbang ini memiliki kuantum setara langsung, menunjukkan bahwa rangkaian kuantum dapat melakukan semua operasi yang dilakukan oleh sirkuit klasik.
Gerbang logika kuantum diwakili oleh matriks-matriks kesatuan. Gerbang kuantum yang paling umum beroperasi pada ruang satu atau dua qubit, sama seperti gerbang logika klasik yang umum beroperasi pada satu atau dua bit. Sebagai matriks, gerbang kuantum dapat digambarkan dengan matriks berukuran 2 ^ n × 2 ^ n, di mana n adalah jumlah qubit.
Tidak seperti banyak gerbang logika klasik, gerbang logika kuantum dapat dipulihkan. Namun, dimungkinkan untuk melakukan komputasi klasik hanya dengan menggunakan gerbang reversibel. Misalnya, gerbang Toffoli yang dapat dipulihkan dapat menerapkan semua fungsi Boolean. Gerbang ini memiliki kuantum setara langsung, menunjukkan bahwa rangkaian kuantum dapat melakukan semua operasi yang dilakukan oleh sirkuit klasik.
Gerbang logika kuantum diwakili oleh matriks-matriks kesatuan. Gerbang kuantum yang paling umum beroperasi pada ruang satu atau dua qubit, sama seperti gerbang logika klasik yang umum beroperasi pada satu atau dua bit. Sebagai matriks, gerbang kuantum dapat digambarkan dengan matriks berukuran 2 ^ n × 2 ^ n, di mana n adalah jumlah qubit.
Algoritma Shor
Algoritma Shor, dinamai matematikawan Peter Shor, adalah algoritma kuantum (algoritma yang berjalan pada komputer kuantum) untuk faktorisasi bilangan bulat yang diformulasikan pada tahun 1994. Secara informal, hal tersebut memecahkan masalah berikut: diberi bilangan bulat N, temukan faktor utamanya.
Pada komputer kuantum, untuk menentukan sebuah integer N, algoritma Shor berjalan dalam waktu polinomial (waktu yang dibutuhkan adalah polinomial pada log N, yang merupakan ukuran input). [1] Secara khusus dibutuhkan gerbang kuantum dari orde O ((log N) 2 (log log N) (log log log N)) dengan menggunakan perkalian cepat, [2] menunjukkan bahwa masalah faktorisasi bilangan bulat dapat diselesaikan secara efisien pada komputer kuantum dan dengan demikian Di kelas BQP kompleksitas. Ini secara substansial lebih cepat daripada algoritma anjak klasik klasik yang paling efisien, saringan lapangan nomor umum, yang bekerja pada waktu sub-eksponensial - sekitar O (e1.9 (log N) 1/3 (log log N) 2/3). [3] Efisiensi algoritma Shor adalah karena efisiensi transformasi Fourier kuantum, dan eksponensiasi modular dengan squarings berulang.
Pada komputer kuantum, untuk menentukan sebuah integer N, algoritma Shor berjalan dalam waktu polinomial (waktu yang dibutuhkan adalah polinomial pada log N, yang merupakan ukuran input). [1] Secara khusus dibutuhkan gerbang kuantum dari orde O ((log N) 2 (log log N) (log log log N)) dengan menggunakan perkalian cepat, [2] menunjukkan bahwa masalah faktorisasi bilangan bulat dapat diselesaikan secara efisien pada komputer kuantum dan dengan demikian Di kelas BQP kompleksitas. Ini secara substansial lebih cepat daripada algoritma anjak klasik klasik yang paling efisien, saringan lapangan nomor umum, yang bekerja pada waktu sub-eksponensial - sekitar O (e1.9 (log N) 1/3 (log log N) 2/3). [3] Efisiensi algoritma Shor adalah karena efisiensi transformasi Fourier kuantum, dan eksponensiasi modular dengan squarings berulang.
0 comments:
Post a Comment