Komputasi Modern dan Komputasi Kuantum
Pendahuluan
Pendahuluan
Komputasi quantum mempelajari teori sistem komputasi (komputer quantum) yang membuat penggunaan langsung dari fenomena mekanika quantum, seperti superposisi dan entanglement(keterikatan), untuk menjalankan operasi pada data. Komputer quantum berbeda dari komputer digital yang berbasis transistor. Karena komputer digital memerlukan data untuk dikodekan ke dalam digit biner (bits), setiap bits pasti dalam satu dari dua keadaan tentu (0 atau 1), komputasi quantum menggunakan qubit yang mana dapat berada dalam kondisi superposisi. Mesin Turing quantum adalah model teoritis dari komputer, dan juga dikenal sebagai komputer quantum universal. Komputer quantum berbagi kesamaan teori dengan komputer probabilistik dan non-deterministik. Bidang komputasi quantum diawali oleh karya Paul Benioff dan Yuri Manin pada 1980,
Terdapat beberapa perbedaan antara komputer klasik dengan komputer quantum. Pada komputer klasik, memori berbentuk string dari 0 dan 1, dan ia mampu melakukan perhitungan hanya pada sekumpulan bilangan secara simultan. Sedangkan komputer quantum menggunakan bentuk superposisi dari bilangan-bilangan yang berbeda sebagai bentuk memorinya. Komputer quantum dapat melakukan perhitungan klasik reversible secara bebas pada semua bilangan disaat yang sama, kemudian penginterferesian semua hasil untuk mendapatkan satu jawaban, sehingga komputer quantum jauh lebih kuat dari komputer klasik.
Pengertian Komputer Modern
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. Ada beberapa daftar yang dapat dugunakan untuk mengenali sistem komputasi grid, adalah :
· Sistem untuk koordinat sumber daya komputasi tidak dibawah kendali pusat.
· Sistem menggunakan standard dan protocol yang terbuka.
· Sistem mencoba mencapai kualitas pelayanan yang canggih, yang lebih baik diatas kualitas komponen individu pelayanan komputasi grid.
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.
Entanglement
Entanglement adalah suatu cara atau gambaran cara bagaimana partikel dapat berkorelasi, dianggatp dan diprediksi berinteraksi satu sama lain tanpa terpaut jarak. Tidak ada keadaan serupa dalam metode klasik. Entanglement berpengaruh pada sebagian besar paralelisme sistem quantum. Komputasi yang memanfaatkan paralelisme kuantum sering disebut Entanglement-Enhanced Information Processing. Entanglement secara teori diyakini dapat mempercepat komputasi. Ide bahwa seberapa cepat elektron dapat bergerak melalui kabel telah membatasi kecepatan komputer bekerja. Baik pada komputer klasik maupun quantum, entanglement diyakini dapat memecahkan batasan tersebut. Berdasarkan mekanika quantum, kekuatan dari luar yang bekerja pada dua buah partikel pada sistem quantum menyebabkan mereka berada pada kondisi entangle. Keadaan quantum dari sistem tersebut berisi semua posisi spin (momen magnetik internal) setiap partikel. Spin total sistem hanya bisa sama untuk nilai diskrit tertentu dengan probabilitas yang berbeda. Pengukuran spin total sistem kuantum tertentu menunjukkan bahwa posisi spin beberapa partikel tidak independen dari yang lainnya. Untuk sistem tersebut, ketika orientasi spin dari satu partikel
diubah dengan beberapa alasan, orientasi spin dari partikel lain akan berubah secara otomatis dan cepat. Berdasarakan pemahaman sejauh ini, kita dapat menyimpulkan bahwa kecepatan komunikasi dibatasi oleh kecepatan cahaya. Masalah selanjutnya terletak pada bagaimana partikel pada sistem quantum berkomunikasi ketika mereka mengubah orientasi spinnya.
Pengoperasian Data Qubit
Seperti yang sudah kita ketahui, satuan dasar dalam pengolahan informasi pada masa sekarang ini adalah bit, yang mana dapat kita anggap satu dari dua keadaan yang kita label 0 dan 1. dalam perilaku yang sama, kita dapat mendefinisikan satuan dasar pengolahan informasi yang dapat digunakan dalam komputasi quantum. Satuan dasar informasi dalam komputasi quantum ini disebut qubit, kependekan dari Quantum Bit. Meskipun qubit akan terlihat mirip dengan bit dalam beberapa sudut pandang, seiring kita mempelajari komputasi quantum, qubit akan secara fundamental berbeda dari bit dan perbedaan fundamental ini akan membuat kita dapat melakukan pengolahan informasi dengan cara yang baru dan menarik.
Dalam komputer kuantum, sejumlah partikel elemental seperti elektron atau foton dapat digunakan (dalam praktek, keberhasilan juga telah dicapai dengan ion), baik dengan biaya mereka atau polarisasi bertindak sebagai representasi dari 0 dan / atau 1. Setiap partikel-partikel ini dikenal sebagai qubit, sifat dan perilaku partikel-partikel ini (seperti yang diungkapkan dalam teori kuantum ) membentuk dasar dari komputasi kuantum. Dua aspek yang paling relevan fisika kuantum adalah prinsip superposisi dan Entanglement
Superposisi, pikirkan qubit sebagai elektron dalam medan magnet. Spin elektron mungkin baik sejalan dengan bidang, yang dikenal sebagai spin-up, atau sebaliknya ke lapangan, yang dikenal sebagai keadaan spin-down. Mengubah spin elektron dari satu keadaan ke keadaan lain dicapai dengan menggunakan pulsa energi, seperti dari Laser - katakanlah 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 superposisi dari kedua 0 dan 1. Dengan demikian, jumlah perhitungan bahwa 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 jumlah yang mengagumkan - 2 ^ 500 adalah atom jauh lebih dari yang ada di alam semesta (ini pemrosesan paralel benar - komputer klasik 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 akan berinteraksi satu sama lain? Mereka akan melakukannya melalui belitan kuantum
Algoritma Kuantum
Sejauh ini terdapat dua jenis algoritma yang biasa digunakan dalam komputasi quantum. Algoritma tersebut diantaranya adalah algoritma Grover dan algoritma Sorting. Berikut adalah penjelasannya.
Algoritma Grover, yaitu sebuah algoritma yang menawarkan percepatan kuadrat dibandingkan pencarian linear klasik untuk list tak terurut. Sebagian besar algoritma pencarian seperti pencarian linier, pencarian biner dan pohon pencarian biner yang self-balancing, dapat dikembangkan dengan sedikit tambahan cost untuk menemukan semua nilai yang kurang dari atau lebih dari kunci nya. Operasi ini disebut range search.
Algoritma Sorting yaitu sebuah proses merangkai benda dalam urutan tertentu dan atau dalam himpunan yang berbeda. Algoritma sorting memiliki dua arti umum yang berbeda. Pertama adalah proses pengurutan atau merangkai benda yang sejenis, sekelas atau yang lainnya, dalam urutan yang teratur. Pengertian yang kedua adalah sortingmerupakan kategorisasi, pengelompokkan dan pemberian label kepada benda dengan sifat yang serupa. Algoritma-algoritma untuk melakukan sorting pada komputasi quantum masih sama seperti komputasi klasik, yaitu bubble sort, quick sort, selection sort, insertion sort, dan merge sort.
Implementasi Komputasi Quantum
Pada tahun 2000, IBM sudah membuat quantum computer dengan 5 qubits dengan atom sebagai prosesornya. & 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, memakai teknik cetakan rata yang sistematis, dipadukan dengan sebuah chip niobium superkonduksi & suhu ultrarendah, dapat mengerjakan 16 qubit. Chip inti harus dingin hingga mendekati titik nol absolut (-125.15ºC), supaya dalam proses perhitungannya tetap dalam kondisi kuantum.
Komputer yang diberi nama “Orion” ini, memakai teknik cetakan rata yang sistematis, dipadukan dengan sebuah chip niobium superkonduksi & suhu ultrarendah, dapat mengerjakan 16 qubit. Chip inti harus dingin hingga mendekati titik nol absolut (-125.15ºC), supaya dalam proses perhitungannya tetap dalam kondisi kuantum.
Perusahaan D-Wave menuturkan, bahwa komputer kuantum ini bisa mengoperasikan 64 ribu hitungan secara bersamaan, & prototipe komputer kuantum yang diperlihatkannya pada 13 Februari 2007 merupakan komputer tipe bisnis yang pertama di dunia, di dalamnya ditanamkan chip kuantum yang dapat mengoperasikan 16 qubit.
REFERENSI :
Komentar
Posting Komentar