Komputasi Kuantum

Definisi

Komputasi kuantum adalah penggunaan fenomena kuantum-mekanis seperti superposisi dan keterikatan untuk melakukan komputasi. Sebuah komputer kuantum digunakan untuk melakukan komputasi tersebut, yang dapat diimplementasikan secara teoritis atau fisik

Seperti apasih komputer kuantum itu?

Jika Anda masuk ke sebuah ruangan dengan mesin kuantum, Anda akan melihat sel vakum atau tabung dan sekumpulan laser yang bersinar ke dalamnya. Di dalamnya kita memiliki kepadatan atom yang sangat rendah. Kami menggunakan laser untuk memperlambat gerakan atom hingga mendekati nol mutlak, yang disebut pendinginan laser.

Perbedaan

Apa yang membedakan komputer kuantum dari komputer konvensional (digital)? Kita dapat mulai dengan mengamati secuil satuan informasi yang disebut satu bit, yaitu satu sistem fisis yang dapat dinyatakan dalam satu di antara dua keadaan (dua nilai logik) yang berbeda: ya atau tidak, benar atau salah, 0 atau 1. Satu bit informasi dapat diberikan oleh dua keadaan polarisasi cahaya atau dua keadaan elektronik suatu atom. Namun, jika satu atom dipilih untuk merepresentasikan satu bit informasi maka menurut mekanika kuantum di samping kedua keadaan elektronik yang berbeda, atom tersebut dapat pula berada dalam keadaan superposisi (paduan) dua keadaan tersebut. Atom tersebut dapat berada pada keadaan 0 dan 1 secara serentak. Secara umum, satu sistem kuantum dengan dua keadaan atau quantum bit (qubit) dapat dibuat berada dalam suatu keadaan superposisi dari kedua keadaan logiknya.

Perhatikan perbandingan berikut. Register konvensional tiga bit dalam satu saat hanya dapat menyimpan satu dari 8 kemungkinan keadaan yang berbeda seperti: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, dan 111. Sebaliknya, suatu register kuantum tiga qubit dalam satu saat dapat menyimpan 8 kemungkinan keadaan yang berbeda tersebut secara serentak sebagai suatu superposisi kuantum. Jika jumlah qubit terus ditambahkan pada register maka kapasitas penyimpanan keadaan (informasi) dalam register akan meningkat secara eksponensial, yaitu secara serentak 3 qubit dapat menyimpan 8 keadaan berbeda, 4 qubit dapat menyimpan 16 keadaan berbeda, dan seterusnya sehingga secara umum N qubit dapat menyimpan sejumlah 2N keadaan berbeda.

Sekali suatu register disiapkan dalam suatu superposisi dari keadaan-keadaan yang berbeda, operasi-operasi pada semua keadaan itu dapat dilakukan secara bersamaan. Sebagai contoh, jika qubit-qubit tersimpan dalam atom-atom, pulsa laser yang diatur secara tepat dapat mempengaruhi keadaan-keadaan elektronik atom dan mengubah superposisi awal menjadi superposisi lain yang berbeda. Selama perubahan tersebut setiap keadaan dalam superposisi awal terpengaruh sehingga dapat dihasilkan suatu komputasi masif secara paralel dalam satu keping hardware kuantum.

Suatu komputer kuantum dalam satu langkah komputasi dapat melakukan operasi matematis pada 2N input berlainan yang tersimpan dalam superposisi koheren N qubit. Untuk melakukan hal yang sama, suatu komputer konvensional harus mengulang operasi sejumlah 2N kali atau harus digunakan 2N prosesor konvensional yang bekerja bersamaan. Komputer kuantum menawarkan peningkatan yang sangat luar biasa dalam penggunaan dua sumber daya komputasi utama, yaitu waktu dan memori.

Aplikasi macam apakah komputer kuantum

Ini umumnya dipercaya bahwa komputer kuantum tidak akan selalu membantu semua tugas komputasi. Tapi ada masalah matematis yang sulit bahkan untuk komputer klasik terbaik sekalipun. Mereka biasanya melibatkan beberapa masalah yang kompleks, seperti masalah yang melibatkan pengoptimalan kompleks di mana Anda mencoba untuk memenuhi sejumlah kendala yang kontradiktif.

Misalkan Anda ingin memberi semacam hadiah kolektif kepada sekelompok orang, masing-masing memiliki ceruk sendiri. Beberapa ceruk mungkin kontradiktif. Jadi apa yang terjadi adalah, jika Anda menyelesaikan masalah ini secara klasik, Anda harus memeriksa setiap pasangan atau triplet orang untuk memastikan setidaknya ceruk mereka terpuaskan. Kompleksitas masalah ini tumbuh dalam ukuran, sangat sangat cepat karena jumlah kombinasi klasik yang perlu Anda periksa bersifat eksponensial. Ada beberapa keyakinan bahwa untuk beberapa masalah ini, komputer kuantum dapat menawarkan beberapa keuntungan.

Contoh lain yang sangat terkenal adalah pemfaktoran. Jika Anda memiliki jumlah kecil, seperti 15, jelas bahwa faktornya adalah 3 dan 5, tapi ini adalah jenis masalah yang sangat cepat menjadi rumit seiring bertambahnya jumlah. Jika Anda memiliki jumlah besar yang merupakan produk dari dua faktor besar, secara klasik hampir tidak ada cara yang lebih baik untuk menemukan faktor-faktor ini daripada hanya mencoba angka dari satu, dua, tiga, dan seterusnya. Tapi ternyata algoritma kuantum bisa, yang disebut algoritma Shor, yang dapat menemukan faktor yang secara eksponensial lebih cepat daripada algoritma klasik yang paling dikenal. Jika Anda bisa melakukan sesuatu secara eksponensial lebih cepat daripada menggunakan pendekatan alternatif, maka itu adalah keuntungan besar.