Terangi Jiwamu dengan Kata kata ilmiah


 

PENDAHULUAN

Komputer Kuantum

Komputer Masa Depan

Teknologi komputer merupakan salah satu teknologi yang paling cepat

mengalami perkembangan dan kemajuan. Komputer-komputer yang ada saat ini

sudah mencapai kemampuan yang sangat mengagumkan. Tetapi kedahsyatan

komputer tercanggih yang ada saat ini pun masih belum bisa memuaskan

keinginan manusia yang bermimpi untuk membuat sebuah Supercomputer yang

benar-benar memiliki kecepatan super. Komputer yang nantinya layak untuk

benar-benar disebut sebagai Komputer Super ini adalah Komputer Kuantum.

Teori tentang komputer kuantum ini pertama kali dicetuskan oleh fisikawan dari

Argonne National Laboratory sekitar 20 tahun lalu. Paul Benioff merupakan orang

pertama yang mengaplikasikan teori fisika kuantum pada dunia komputer di tahun

1981.

Komputer yang biasa kita gunakan sehari-hari merupakan komputer digital.

Komputer digital sangat berbeda dengan komputer kuantum yang super itu.

Komputer digital bekerja dengan bantuan microprocessor yang berbentuk chip

kecil yang tersusun dari banyak transistor. Microprocessor biasanya lebih dikenal

dengan istilah Central Processing Unit (CPU) dan merupakan ‘jantung’nya

komputer. Microprocessor yang pertama adalah Intel 4004 yang diperkenalkan

pada tahun 1971. Komputer pertama ini cuma bisa melakukan perhitungan

penjumlahan dan pengurangan saja. Memory komputer menggunakan sistem

binary atau sistem angka basis 2 (0 dan 1) yang dikenal sebagai BIT (singkatan

dari Binary digIT). Konversi dari angka desimal yang biasa kita gunakan (angka

berbasis 10 yang memiliki nilai 0 sampai 9) adalah sebagai berikut:

0 = 0

1 = 1

2 = 10

3 = 11

4 = 100

5 = 101

6 = 110

7 = 111

8 = 1000

9 = 1001

10 = 1010

11 = 1011

12 = 1100

13 = 1101

14 = 1110

15 = 1111

16 = 10000

17 = 10001

Kalau kita ingin menghitung angka apa yang dilambangkan oleh 101001

caranya sebagai berikut (menggunakan sistem 2n):

(1 x 25) + (0 x 24) + (1 x 23) + (0 x 22) + (0 x 21) + (1 x 20) = 32 + 0 + 8 + 0

+ 0 +1 = 41.

Contoh perhitungan penjumlahan matematika menggunakan sistem binary:

10 1010

23 + 10111 +

33 100001

Sistem inilah yang selama ini kita gunakan saat kita mengolah informasi

menggunakan komputer. Quantum Computer atau komputer kuantum

memanfaatkan fenomena ‘aneh’ yang disebut sebagai superposisi. Dalam

mekanika kuantum, suatu partikel bisa berada dalam dua keadaan sekaligus. Inilah

yang disebut keadaan superposisi. Dalam komputer kuantum, selain 0 dan 1

dikenal pula superposisi dari keduanya. Ini berarti keadaannya bisa berupa 0 dan

1, bukan hanya 0 atau 1 seperti di komputer digital biasa. Komputer kuantum

tidak menggunakan Bits tetapi QUBITS (Quantum Bits). Karena kemampuannya

untuk berada di bermacam keadaan (multiple states), komputer kuantum memiliki

potensi untuk melaksanakan berbagai perhitungan secara simultan sehingga jauh

lebih cepat dari komputer digital.

Komputer kuantum menggunakan partikel yang bisa berada dalam dua

keadaan sekaligus, misalnya atom-atom yang pada saat yang sama berada dalam

keadaan tereksitasi dan tidak tereksitasi, atau foton (partikel cahaya) yang berada

di dua tempat berbeda pada saat bersamaan. Apa maksudnya ini?

Atom memiliki konfigurasi spin. Spin atom bisa ke atas (up), bisa pula ke

bawah (down). Misalnya saat spin atom mengarah ke atas (up) kita beri lambang 1,

sedangkan spin down adalah 0 (seperti dalam sistem binary di komputer digital).

Atom-atom berada dalam keadaan superposisi (memiliki spin up dan down secara

bersamaan) sampai kita melakukan pengukuran. Tindakan pengukuran memaksa

atom untuk ‘memilih’ salah satu dari kedua kemungkinan itu. Ini berarti sesudah

kita melakukan pengukuran, atom tidak lagi berada dalam keadaan superposisi.

Atom yang sudah mengalami pengukuran memiliki spin yang tetap: up atau down.

Saat konsep ini diterapkan dalam komputer kuantum, keadaan superposisi

terjadi pada saat proses perhitungan sedang berlangsung. Sistem perhitungan pada

komputer kuantum ini berbeda dengan komputer digital. Komputer digital

melakukan perhitungan secara linier, sedangkan komputer kuantum melakukan

semua perhitungan secara bersamaan (karena ada multiple states semua

perhitungan dapat berlangsung secara simultan di semua state). Ini berarti ada

banyak kemungkinan hasil perhitungan. Untuk mengetahui jawabannya (hasil

perhitungannya) kita harus melakukan pengukuran qubit. Tindakan pengukuran

qubit ini menghentikan proses perhitungan dan memaksa sistem untuk ‘memilih’

salah satu dari semua kemungkinan jawaban yang ada.

Dengan sistem paralelisme perhitungan ini, kita bisa membayangkan

betapa cepatnya komputer kuantum. Komputer digital yang paling canggih saat ini

(setara dengan komputer kuantum 40 qubit) memiliki kemampuan untuk

mengolah semua data dalam buku telepon di seluruh dunia (untuk menemukan

satu nomor telepon tertentu) dalam waktu satu bulan. Jika menggunakan komputer

kuantum proses ini hanya memerlukan waktu 27 menit!

Ada satu fenomena ‘aneh’ lain dari mekanika kuantum yang juga

dimanfaatkan dalam teknologi komputer kuantum: Entanglement. Jika dua atom

mendapatkan gaya tertentu (outside force) kedua atom tersebut bisa masuk pada

keadaan ‘entangled‘. Atom-atom yang saling terhubungkan dalam entanglement

ini akan tetap terhubungkan walaupun jaraknya berjauhan. Analoginya adalah

atom-atom tersebut seperti sepasang manusia yang punya ‘telepati’. Jika yang satu

dicubit, maka pasangannya (di mana pun ia berada) akan merasa sakit. Perlakuan

terhadap salah satu atom mempengaruhi keadaan atom pasangannya. Jika yang

satu memiliki spin up (kita baru bisa mengetahuinya setelah melakukan

pengukuran) maka kita langsung mengetahui bahwa pasangannya pasti memiliki

spin down tanpa kita perlu mengukurnya kembali. Ini melambangkan sistem

komunikasi yang super cepat. Komunikasi menggunakan komputer kuantum bisa

mencapai kecepatan yang begitu luar biasa karena informasi dari satu tempat ke

tempat lain dapat ditransfer secara instant. Begitu cepatnya sehingga terlihat

seakan-akan mengalahkan kecepatan cahaya!

Saat ini perkembangan teknologi sudah menghasilkan komputer kuantum

sampai 7 qubit, tetapi menurut penelitian dan analisa yang ada, dalam beberapa

tahun mendatang teknologi komputer kuantum bisa mencapai 100 qubit. Kita bisa

membayangkan betapa cepatnya komputer masa depan nanti. Semua perhitungan

yang biasanya butuh waktu berbulan-bulan, bertahun-tahun, bahkan berabad-abad

pada akhirnya bisa dilaksanakan hanya dalam hitungan menit saja jika kita

menggunakan komputer kuantum yang super canggih dan super cepat itu.

Di masa mendatang kita akan menggunakan komputer yang tidak lagi

tersusun dari transistor-transistor mini seperti sekarang, Komputer kuantum tidak

lagi memerlukan chip komputer yang semakin lama semakin padat karena

semakin berlipatgandanya jumlah transistor yang dibutuhkan untuk meningkatkan

kinerja komputer. Komputer masa depan justru dipenuhi oleh cairan organik

sebagai ‘jantung’nya. Cairan organik ini mengandung atom-atom/partikel-partikel

yang bisa berada dalam keadaan superposisi tersebut. Ini berarti, kita benar-benar

memanfaatkan zat organik alami untuk menjadi ‘kalkulator’ canggih karena

ternyata cairan organik dari alam memiliki bakat berhitung!


Gambar1 Sistem komputer masa depan

Sejarah Komputer Kuantum

Pada tahun 1982 R.P. Feynman menyajikan sebuah ide yang menarik yaitu

bagaimana sistem kuantum dapat digunakan untuk penalaran komputasi. Dia juga

memberikan penjelasan bagaimana efek fisika kuantum dapat disimulasikan oleh

komputer kuantum tersebut. Hal tersebut merupakan ide yang sangat menarik yang

dapat digunakan untuk penelitian efek kuantum masa depan. Setiap percobaan yang

menyelidiki efek dan hukum fisika kuantum adalah rumit dan mahal. Komputer

Kuantum akan menjadi sebuah sistem yang mampu melakukan percobaan tersebut

secara permanen. Kemudian pada akhir tahun 1985, terbukti bahwa komputer

kuantum akan jauh lebih kuat (powerful) daripada komputer klasik (West, 2000, hal.

3).

Perbedaan Utama Antara Komputer Kuantum dan Klasik

Memori komputer klasik merupakan string dari 0s dan 1s, dan ia mampu

melakukan perhitungan hanya pada sekumpulan bilangan secara simultan. Memori

komputer kuantum merupakan sebuah keadaan kuantum yang mrupakan

superposisi dari bilangan‐bilangan yang berbeda. Sebuah komputer kuantum dapat

melakukan perhitungan klasik reversible secara bebas pada semua bilangan secara

bersamaan. Pelaksanaan sebuah komputasi pada bilangan yang berbeda pada saat

yang sama dan kemudian penginterferesian semua hasil untuk mendapatkan satu

jawaban, menjadikan sebuah komputer kuantum jauh lebih kuat daripada komputer

klasik (West, 2000).

Sepanjang sejarah komputasi, bit tetap merupakan unit komputasi dasar

informasi. Mekanika kuantum memungkinkan pengkodean informasi dalam bit

kuantum (qubit). Tidak seperti bit klasik, yang hanya bisa menyimpan nilai tunggal ‐

baik 0 atau 1 ‐ qubit dapat menyimpan baik 0 dan 1 pada saat yang sama. Selanjutnya,

register kuantum 64 qubit dapat menyimpan nilai 264 sekaligus. Komputer Kuantum

dapat melakukan perhitungan pada semua nilai‐nilai ini pada saat yang sama. Namun,

penggalian hasil dari perhitungan paralel masif telah terbukti sulit, membatasi

jumlah aplikasi yang telah menunjukkan peningkatan kecepatan yang signifikan

dibandingkan komputasi klasik. Paralelisme klasik juga dapat meningkatkan jumlah

nilai yang ditangani secara bersamaan, tapi lama sebelum mencapai jumlah

paralelisme yang dicapai oleh sebuah komputer kuantum, sebuah sistem klasik

kehabisan ruang. Untuk sistem klasik, jumlah paralelisme meningkat dalam proporsi

langsung dengan ukuran sistem; untuk sistem kuantum, paralelisme meningkat

secara eksponensial dengan ukuran, seperti digambarkan pada Gambar 1.


Gambar 1. Parallelime klasik vs kuantu,: Untuk mencapai derajat parallelisme yang sama seperti (a)

300 prosessor kuantum (n = 300), kita memerlukan (b) 2300 prosessor klasik. Karena 2300 lebih banyak

dari jumlah partikel di alam semesta, dapat dikatakan bahwa komputasi kuantum jelas memungkinkan

peningkatan parallelisme secara astronomi.

Sistem kuantum dapat beroperasi pada keadaan terbelit. Belitan adalah istilah

yang digunakan dalam teori kuantum untuk menggambarkan cara bahwa partikel

energi/materi dapat menjadi berkorelasi, diduga dan diprediksi berinteraksi satu

sama lain terlepas dari seberapa jauh mereka berada. Keadaan ini tidak memiliki

analogi klasiknya. Keadaan terbelit, seperti pasangan EPR yang akan kita bahas

segera, bertanggung jawab atas sebagian besar pencapaian paralelisme sistem

kuantum. Dengan demikian, komputasi yang memanfaatkan paralelisme kuantum

sering disebut pengolahan informasi “belitan” yang disempurnakan

(entanglement–enhanced information processing ).

Setiap upaya untuk mengekstrak informasi dari sebuah keadaan memerlukan

pengukuran. Sayangnya, dalam komputasi kuantum, pengukuran apapun

mengganggu keadaan, sehingga menghancurkan paralelisme kuantum. Pada

dasarnya, kita dapat mengajukan satu, dan hanya satu, pertanyaan tentang hasil yang

dihasilkan oleh paralelisme kuantum sebelum melakukan komputasi ulang. Selain itu,

jenis pertanyaan terbatasi dan merupakan subyek penelitian yang aktif. Peter Shor

(Shor, 1997, hal.1.484) menemukan pertanyaan tunggal terkait masalah

pemfaktoran, namun para peneliti telah menemukan pertanyaan yang demikian

hanya untuk beberapa masalah.

Untuk pemfaktoran, paralelisme kuantum memberikan peningkatan kecepatan

sangat besar sehingga tidak mungkin dijadikan menjadi komputasi praktis. Komputer

kuantum juga secara eksponensial lebih baik dari komputer klasik pada perhitungan

sifat‐sifat sistem kuantum. Perhitungan tersebut tampaknya hanya menjadi perhatian

sekelompok fisikawan, tetapi sebenarnya mereka akan berdampak luas bagi industri.

Misalnya, fisika kuantum sangat penting untuk pembuatan perangkat yang semakin

kecil atau kompleks, dan ia secara langsung mendasari kimia. Misalkan kita ingin

memfabrikasi secara mikro perangkat nano yang presisi tinggi dan rumit. Kita perlu

memahami sejumlah efek kuantum dalam merancang perangkat tersebut, dan waktu

yang dihabiskan untuk sebuah komputer kuantum untuk mendapatkan pemahaman

ini akan sangat berharga. Atau dalam bidang farmasi. Di antara molekul biologi yang

dikendalikan oleh evolusi, kita dapat berharap untuk menemukan beberapa yang

memanfaatkan efek kuantum yang secara komputasi klasik akan sulit diungkapkan.

Sekali lagi, disini waktu komputer kuantum akan sangat penting.

Kenyataan bahwa pengukuran mengganggu keadaan kuantum ternyata menjadi

manfaat dalam situasi lain. Misalkan kita ingin berkomunikasi secara rahasia. Jika kita

menggunakan bit kuantum, “mata‐mata” tidak dapat memperoleh apa pun tanpa

mengganggunya, sebuah gangguan akan tercatat atau terdeteksi. Bahkan, dan ini

menggambarkan bagaimana fisika kuantum, satu‐satunya jenis pesan yang kita tahu

bagaimana berbaginya dengan cara kuantum yang aman ini merupakan string bit

yang benarbenar acak !. Akan tetapi, seperti kita ketahui, string acak merupakan

kunci sempurna yang menjadi dasar skema kriptografi standar (klasik). Dengan

memanfaatkan sistem komunikasi yang memiliki transmisi kunci dijamin oleh

hukum alam, pemegang rekening bank dan komandan militer nantinya tak perlu lagi

memiliki perasaan tidak aman.

Implementasi KOMPUTER KUANTUM

1. Kriptografi dan Algoritma Peter Shor

Pada tahun 1994 Peter Shor (Bell Laboratories) menemukan algoritma kuantum

pertama yang secara prinsip dapat melakukan faktorisasi yang efisien. Hal ini

menjadi sebuah aplikasi kompleks yang hanya dapat dilakukan oleh sebuah

komputer kuantum. Pemfakotiran adalah salah satu masalah yang paling penting

dalam kriptografi. Misalnya, keamanan RSA (sistem keamanan perbankan elektronik)

‐ kriptografi kunci publik ‐ tergantung pada pemfaktoran dan hal itu akan menjadi

masalah yang besar. Karena banyak fitur yang bermanfaat dari komputer kuantum,

para ilmuwan berupaya lebih untuk membangunnya. Apabila, pemecahan segala jenis

enkripsi saat ini memerlukan waktu hampir seabad pada komputer yang ada,

mungkin hanya memakan waktu beberapa tahun pada komputer kuantum (Maney,

1998).

2. Kecerdasan Buatan (Artificial Intelligence)

Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa computer kuantum akan jauh lebih

cepat dan konsekuensinya akan mampu melaksanakan sejumlah besar operasi dalam

periode waktu yang sangat singkat. Di sisi lain, peningkatan kecepatan operasi akan

membantu komputer untuk belajar lebih cepat meskipun dengan menggunakan salah

satu metode yang paling sederhana, yaitu “mistake bound model for learning“.

3. Manfaat Lain

Kinerja tinggi akan memungkinkan kita untuk mengembangkan algoritma

kompresi yang kompleks, pengenalan suara dan citra, simulasi molekular, keacakan

sesungguhnya (true randomness) dan komunikasi kuantum. Keacakan sangat penting

dalam simulasi. Simulasi Molekular sangat penting untuk pengembangan aplikasi

simulasi pada bidang kimia dan biologi. Dengan bantuan komunikasi kuantum baik

pengirim maupun penerima akan diberitahukan jika ada penyusup yang akan

mencoba untuk menangkap sinyal. Qubits juga memungkinkan lebih banyak

informasi yang dapat dikomunkasikan per bit. Komputer kuantum menjadikan

komunikasi lebih aman.

Kesimpulan

Kita perlu mengetahui bahwa realisasi pembangunan komputer kuantum praktis

hanya masalah waktu di masa depan. Gaya pemrograman untuk komputer kuantum

juga akan sangat berbeda. Pengembangan kuantum komputer membutuhkan banyak

uang. Bahkan para ilmuwan terbaik tidak dapat menjawab banyak pertanyaan

tentang fisika kuantum. Komputer kuantum didasarkan pada teori fisika dan

beberapa ekaperimen telah dilakukan. Komputer kuantum mudah memecahkan

aplikasi yang tidak dapat dilakukan dengan bantuan komputer saat ini. Hal ini akan

menjadi salah satu langkah terbesar dalam ilmu pengetahuan dan niscaya akan

merevolusi dunia komputasi praktis.

Sumber :

Tanggal Akses : 18-05-2014

http://orasiilmiah.abmutiara.info/Orasi_sttc_Mei_2012.pdf

http://www.i-techmagazine.com/wawasan_iptek/sains_di_sekitar_kita/ys_ayo_mimpi/komputer_kuantum.pdf

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Tag Cloud

%d bloggers like this: