KOMPUTER KUANTUM
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 algoritme baru
yang bisa digunakan dalam sistem kuantum yaitu algoritme shor dan algoritme 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.
SEJARAH KOMPUTER KUANTUM
Gordon Moore, salah satu pendiri Intel, di tahun 1960-an menyatakan
bahwa jumlah transistor yang dapat dibuat dalam satu mikroprosesor akan menjadi
dua kali lipat setiap 18 bulan. Pernyataan ini terkenal sebagai hukum Moore.
Implikasi dari hukum Moore ini adalah kita dapat terus meningkatkan
kemampuan chip komputer dengan cara menjejalkan transistor
yang lebih banyak ke dalamnya. Hukum Moore terbukti merupakan penanda yang
akurat bagi perkembangan industri komputer selama beberapa dekade belakangan.
Intel dan perusahaan komputer lainnya mengalokasikan sumber daya yang
sangat besar dalam riset untuk memastikan bahwa hukum Moore tetap berlaku,
sampai batas fisik absolut tercapai. Tetapi, ada beberapa konsekuensi yang
timbul dari hukum Moore. Seiring dengan menyusutnya ukuran transistor dan chip,
jumlah panas yang dihasilkan dalam chipkomputer meningkat dan ada
biaya yang sangat besar untuk menghilangkan panas yang berpotensi merusak chip.
Biaya ini tentu saja menghambat perkembangan kemampuan komputer konvensional.
Industri komputer khawatir jika biaya penghilangan panas ini menjadi biaya
utama dalam memproduksi komputer di masa depan.
Hal lain yang menjadi perhatian adalah jika ukuran chip mencapai
skala nanometer (satu per triliun meter), efek kuantum menjadi penting dan akan
berpotensi sebagai sumber kesalahan dalam komputasi. Implikasinya adalah akan
sulit untuk membuat chip yang bekerja dengan benar. Di sinilah
ilmuwan mulai berimajinasi tentang adanya komputer kuantum.
Konsep awal tentang komputer yang beroperasi berdasarkan teori kuantum
pertama kali diajukan oleh fisikawan legendaris Amerika, Richard Feynman, pada
tahun 1980-an. Feynman menyadari komputer klasik tidaklah efisien ketika
dipakai untuk mensimulasikan dinamika sistem kuantum. Hal ini menyiratkan pula
bahwa ketika komputer konvensional dipakai untuk melakukan simulasi dalam
bidang seperti kimia kuantum, fisika material terkondensasi, atau desain
obat-obatan, dibutuhkan kekuatan komputasi yang sangat besar.
Richard Feynman mengajukan hipotesis jika sebuah komputer generasi baru
yang beroperasi berdasarkan fisika kuantum akan bekerja secara lebih efisien
dibandingkan dengan komputer klasik. Hipotesis Feynman saat itu belum dapat
dibuktikannya sendiri. Namun, hal ini telah membukakan pintu untuk eksplorasi
potensi kemampuan komputer yang berdasarkan prinsip-prinsip teori kuantum. Dari
sini dimulailah cerita eksplorasi komputer kuantum. Sebagai contoh, pada awal
tahun 1990-an, David Deutsch, seorang fisikawan dari Inggris, dan Richard
Josza, seorang fisikawan dari Amerika Serikat, mengajukan algoritma kuantum
untuk pertama kalinya [Deutsch dan Josza, 1992].
Algoritma kuantum Deutsch-Jozsa dapat dianalogikan dari cerita berikut
ini. Misalkan kita hendak membuat sakelar lampu untuk sebuah kamar mandi. Kita
memutuskan bahwa sakelar tersebut ditempatkan di luar kamar mandi, di samping
pintu kamar mandi. Tetapi, kita curiga bahwa rangkaian sakelar yang dipasang
tukang listrik yang kita bayar tidak bekerja dengan benar yang menyebabkan
lampu kamar mandi selalu hidup atau selalu mati, tidak peduli dengan posisi
sakelar.
Untuk memeriksa apakah sakelar memang bekerja atau tidak, kita harus
mengubah posisi sakelar dua kali (sekali ondan sekali off)
dan melihat ke dalam kamar mandi setiap posisi sakelar berubah. Deutsch dan
Josza menemukan algoritma kuantum yang secara menakjubkan hanya memerlukan
seseorang untuk melihat ke dalam kamar mandi sekali saja untuk menentukan
rangkaian saklar bekerja atau tidak.
Riset dalam bidang komputer kuantum mulai berkembang dengan cepat
ketika riset Deutsch dan Josza diikuti oleh penemuan algoritma kuantum lainnya
dari fisikawan Amerika, Peter Shor. Algoritma Shor dapat menemukan faktor prima
dari bilangan bulat yang sangat besar (sampai ratusan digit) [Shor, 1999].
Implikasi dari ditemukannya algoritma ini mempengaruhi banyak bidang, seperti
dalam hal keamanan internet dan transaksi online.
Sebagian besar skema kriptografi yang digunakan sekarang bergantung
kepada fakta bahwa komputer konvensional memerlukan waktu jutaan tahun untuk
menemukan faktor prima dari bilangan yang sangat besar yang digunakan untuk
memecahkan kode kriptografi. Namun, komputer kuantum dengan algoritma Shor dapat
dengan mudah dan cepat memecahkan kode tersebut.
Perkembangan lainnya adalah ditemukannya algoritma kuantum untuk
mencari data tertentu dalam database yang sangat besar oleh
Lev Grover. Algoritma Grover membuat komputer kuantum dapat mencari informasi
penting jauh lebih cepat dari komputer klasik [Grover, 1996].
CARA KERJA KOMPUTER KUANTUM
Dalam komputer konvensional, informasi disampaikan sebagai bilangan
biner, 0 atau 1, yang disebut bit. Sementara itu, komputer kuantum
menggunakan qubit (quantum bit) yang dapat berada dalam
keadaan 0, 1, atau superposisi 0 dan 1.
Untuk membuat komputer kuantum, kita membutuhkan sejumlah besar qubit yang
dapat bekerja bersama-sama secara terkontrol untuk melakukan komputasi. Qubit bisa
dibuat dari foton, atom, elektron, molekul atau objek kuantum lainnya, yakni
setiap objek yang sifat dualisme partikel dan gelombangnya cukup kentara.
Sayangnya, qubit sangat susah untuk dimanipulasi karena
keadaan superposisi kuantum dari qubit dengan mudah
dihancurkan dengan sedikit gangguan saja. Fenomena terkait hal ini dikenal
sebagai decoherence, yang membuat qubit tidak
dapat bekerja sebagaimana harusnya. Nah, riset untuk membuat
komputer kuantum pada masa sekarang ini banyak difokuskan untuk
menghilangkan decoherence tersebut.
Komputer kuantum secara nyata dan fisik yang layaknya komputer
konvensional memang belum benar-benar hadir di hadapan kita. Tetapi, para
fisikawan optimistis, dengan algoritma kuantum yang sudah mapan disertai
perkembangan peralatan eksperimen, mudah-mudahan komputer kuantum komersial
bisa segera kita nikmati. Faktanya, saat ini bahkan sudah ada perusahaan
bernama D-wave (http://www.dwavesys.com/)
yang mulai mengomersialkan desain komputer kuantum dan algoritma kuantum.
Selain itu, ada Alibaba, Google, dan Microsoft yang secara independen masuk
investasi serta riset ke arah komersialisasi komputer kuantum. Tentunya kita
berharap akan ada orang Indonesia pula yang turut berkontribusi dalam bidang
ini.
Sumber:
0 komentar:
Posting Komentar