TUGAS 2 PENGANTAR KOMPUTASI MODERN
PENGANTAR KOMPUTASI MODERN
QUANTUM COMPUTING
Amellia
(50413790)
Nuraya
Ayu Ocktabella (56413641)
Reza Wisnu Wardhana (57413521)
4IA12
ABSTRAK
Teknologi computer adalah sebuah hal
yang sangat pesat perkembangan dan kemajuannya pada zaman sekarang. Pengertian
komputer kuantum adalah merupakan suatu 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. Untuk lebih
lengkapnya akan kami bahas secara sederhana.
PENDAHULUAN
Perkembangan
teknologi komputer yang semakin pesat tidak memungkiri keinginan setiap oranng
yang tidak pernah puas. Kemajuan teknologi komputer dari waktu ke waktu
pertumbuhannya sangatlah cepat, sedangkan tuntutan kebutuhan yang semakin
tinggi menjadi masalahnya. Super Computer merupakan suatu langkah untuk
memfasilitasi dengan memanfaatkan kecepatan yang sangat tinggi disebut Komputer
Kuantum. Komputer yang biasa digunakan masih berbasis digital yang menggunakan
microprocessor sebagai proses kerjanya. Teori kunatum ini pertama kali
dicetuskan oleh fisikawan yang bernama Paul Benoff pada tahun 1981 dengan
mengaplikasikan fisika kuantum pada teknologi komputer. Kajian ini ditulis
dengan tujuan untuk membahas pengertian tentang pengertian komputer kuantum dan
sejauh mana perkembangannya, dengan manfaat untuk memperluas pengetahuan
tentang teknologi komputer kuantum.
PEMBAHASAN
1. Pengertian Komputer Quantum
Pengertian sederhana dari komputer
kuantum adalah jenis chip processor terbaru yang diciptakan berdasar
perkembangan mutakhir dari ilmu fisika (dan matematika) quantum. Singkatnya,
chip konvensional sekarang ini perlu diganti dengan yang lebih baik. Pengertian
komputer kuantum adalah merupakan suatu 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.[1]
2. Sejarah Komputer Quantum
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.[3]
3. Konsep Komputer Quantum
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), computer kuantum memiliki potensi untuk melaksanakan
berbagai perhitungan secara simultan sehingga jauh lebih cepat dari komputer
digital.[4]
Gambar 1. Perbedaan bits dan qubits
Gambar 2. Ilustrasi register quantum
Gambar 3. Ilustrasi quantum processor
4. Qubit
Perhatikan dua contoh binary berikut
ini: 011 dan 111. Binary pertama adalah 3 dan binary ke dua adalah 7. Secara
umum, tiga digit angka tersebut ditulis dengan 23 = 8 dalam konfigurasi yang
berbeda yang mewakili integer 0 sampai 7. Namun, tiga digit angka yang tersimpan
tersebut hanya mampu menyimpan satu angka pada suatu keadaan waktu. Qubit pada
sistem quantum yang ditulis Boolen dengan angka 0 dan 1 diwakili oleh suatu
ketetapan kuantum normal dan orthogonal mutual yang dinyatakan dengan
{|0>,|1>}. Kedua bentuk tersebut membentuk sebuah basis komputasional dan
yang lain ditulis sebagai superposisi yaitu α|0> + β|1> dimana dan
dalam hal itu adalah | | 2 +
| | 2 = 1. Qubit adalah tipikal sistem
mikroskopik, misalnya : atom, nuclear spin dan polarisasi photon. Kumpulan dari
qubit n dinamakan sebuah register quantum yang berukuran n.[2]
5. Algoritma Quantum Computing
A. Algoritma
Shor
Algoritma Shor merupakan sebuah algoritma kuantum
yang efisien bisa menguraikan pada pengali jumlah besar. Algortima ini
merupakan pusat pada sistem yang menggunakan teori bilangan untuk memperkirakan
periodisitas dari urutan nomor. Ditemukan oleh Peter Shor. Algortima ini di
perbaharui oleh Lov Grover dari Bell Labs pada tahun 1996, dengan algoritma
yang sangat cepat dan terbukti menjadi yang tercepat mungkin untuk mencari
melalui database tidak terstruktur.
Algoritma ini sangat efisien sehingga hanya
membutuhkan rata-rata, sekitar akar N persegi
pencarian untuk menemukan hasil yang diinginkan, sebagai lawan pencarian
dalam komputasi klasik, yang pada kebutuhan rata-rata N / 2 pencarian. N adalah
jumlah total elemen.
Algoritma Shor didasarkan dari sebuah teori
bilangan: fungsi F(a) = xamod n adalah feungsi periodik jika x adalah bilangan
bulat yang relatif prima dengan n. Dalam Algoritma Shor, n akan menjadi
bilangan bulat yang hendak difaktorkan. Pada masalah ini algoritma quantum shor
memanfaatkan pararellisme quantum untuk melakukannya hanya dengan satu langkah.
Karena F(A) adalah fungsi periodik, maka fungsi ini memiliki sebuah periode r.
Diketahui x0mod n = 1, maka xr mod n =1, begitu juga x2r mod n dan
seterusnya.[1]
B. Algoritma
Grover
Algoritma Grover adalah sebuah algoritma kuantum
untuk mencari database disortir dengan entri N di O ( N1 / 2 ) waktu dan
menggunakan O ( log N ) ruang penyimpanan (lihat notasi O besar ) . Lov Grover
dirumuskan itu pada tahun 1996 . Dalam model komputasi klasik , mencari
database unsorted tidak dapat dilakukan dalam waktu kurang dari waktu linier
(jadi hanya mencari melalui setiap item optimal ) .
Algoritma Grover menggambarkan bahwa dalam model
kuantum pencarian dapat dilakukan lebih cepat dari ini ; sebenarnya waktu
kompleksitas O ( N1 / 2 ) adalah asimtotik tercepat mungkin untuk mencari
database unsorted dalam model kuantum linear . Ini menyediakan percepatan
kuadrat , seperti algoritma kuantum lainnya , yang dapat memberikan percepatan
eksponensial atas rekan-rekan mereka klasik . Namun, bahkan percepatan kuadrat
cukup besar ketika N besar .
Seperti banyak algoritma kuantum , algoritma Grover
adalah probabilistik dalam arti bahwa ia memberikan jawaban yang benar dengan
probabilitas tinggi . Kemungkinan kegagalan dapat dikurangi dengan mengulangi
algoritma. ( Sebuah Contoh Bahasa dari algoritma kuantum deterministik adalah
algoritma Deutsch - Jozsa , Yang Selalu menghasilkan jawaban Yang BENAR).[1]
6. Quantum Cryptography
Crytography
quantum tidak menggunakan teknik marematika untuk menjamin keamanan data tetapi
menggunakan sifat fisika cahaya. Dalam ilmu fisika dikenal istilah “ foton”
yang merupakan partikel terkecil cahaya, sehingga tidak dapat diuraikan
(diperkecil lagi). Cryptography memerlukan trilyunan foton untuk mengirim suatu
pesan dan hanya satu foton saja yang berisi pesan.
Algoritma
cryptography quantum merupakan jenis algoritma pertukaran kunti simetri dan
tidak digunakan untuk melakukan enkripsi langsung pada pesan yang ada.
Cryptography quantum ditemukan oleh Bennett dan Brassard pada tahun 1984.
Cryptography quantum digunakan di Swiss yang menghubungkan kota Geneva dan
Laussane dengan serat optic sepanjang 67 km dan untuk menambah jarak lagi akan
bisa dilakukan dengan membangun station penghubung, tapi hal tersebut tidak
memungkinkan dengan satu alasan tidak dibangunnya station sambungan karena akan
memperbesar resiko penyadapan, sebab station penghubung merupakan proses
pengulangan dari foton yang ada.
Kecanggihan
sistem Quantum Cryptography ternyata berhasil dijebol. Salah satu metode
enkripsi sistem pengamanan jaringan komputasi yang canggih serta palinq
dianqqap aman selama ini yakni quantum cryptographic system ternyata mampu
ditembus aksi hacker yang bahkan serangannya bersifat : “invisible attack”
sehingga aksi pembobolan dapat berjalan secara diam-diam menyelinap tak
terdeteksi.
Quantum
cryptography dipandang metode sistem yang bekerja sempurna dengan mengandalkan
prinsip dasar bahwa sistem ini tak mungkin ditembus sama sekali tanpa terlebih
dahulu mengakibatkan terjadinya gangguan pada integritas keutuhan sistem
sediakala yang tengah berlangsung. Dalam teorinya tatkala pihak hackers berupaya
menembus melakukan intersepsi ataupun “menguping” untuk mengendus data kode
quantum encryption yang tengah ditransmisikan dalam jaringan, maka akan selalu
terjadi gangguan pada sistem hingga dengan seketika sistem ini dapat memicu
alarm pertanda deteksi telah terjadinya gangguan.
Dalam
publikasi yang dimuat dalam jurnal ilmiah terkini “Nature Photonics” Vadim
Makarov dkk. peneliti dari University of Science and Technology di Trondheim –
Norwegia memaparkan eksperimen aksi hacking yang diyakininya 100% membobol
sistem hingga berhasil digondolnya kunci kode sandi pengamanan : encryption
code dan ternyata aksi pembobolan ini berjalan dengan sama sekali tanpa
menimbulkan sedikit pun pertanda akan adanya gangguan pada sistem quantum
cryptographic dijalankan. Pada praktek aksi Makarov dkk didemontrasikan dalam
pembobolan sistem pengamanan jaringan quantum cryptographic yang tersedia
komersial yakni IDquantique buatan Swiss dan MagiQ dari Massachussets.
Sistem
quantum cryptographic bekerja dengan memunculkan sederet kode kunci rahasia
dengan proses enkode senilai tertentu dari sistem bilangan binary —0 atau 1—
dengan membonceng karakteristik perbedaan status quantum photon yang merupakan
bagian dari sejumput partikel cahaya.
Aksi
pembobolan hacking temuan Makarov dkk dilaksanakan dengan menyorotkan sejumput
sinar laser sebesar 1 milliwatt hingga menjadikannya mampu mengecoh sistem
deteksi yang berfungsi menjaga keutuhan integritas keseluruhan sistem hingga
diperdaya tanpa dapat mendeteksi akan adanya gangguan yang tengah berjalan
menyadap sistem enkripsi pengamanan.
Dalam penjelasan
akhirnya Makarov berujar betapa tim pembobol hacker kelompoknya pada dasarnya
bekerja dengan mengeksploitasi suatu celah kelemahan keamanan : “security
loophole” sedemikian rupa hingga seolah merubah sistem quantum cryptography
yang canggih menjadi bagaikan sistem pengamanan model klasik yang lebih gampang
ditembus, dan rekayasa ini terjadi tanpa disadari oleh pihak siapa pun selaku
penjaga pembuat sistem pengamanan enkripsi yang sediakalanya amat canggih.
Gambar 4. Ilustrasi quantum cryptography
system
PENUTUP
Demikian
penjelasan singkat mengenai komputer kuantum. Pembahasan penulisan ini
disampaikan agar dapat menambah pengetahuan dan informasi mengenai teknologi
komputer kuantum. Materi ini tidak lepas dari kekurangannya, diharapkan kritik
dan saran bagi acuan penulisan untuk membuat materi menjadi lebih bermanfaat
secara meluas.
REFERENSI
1.
Thiofany
Angelius Dachi, "Komputer Kuantum(Quantum Computer)", ilmuti.org,
2014.
2.
Herlambang
Saputra, "Kajian Tentang Komputer Kuantum Sebagai Pengganti Komputer
Konvensional Di Masa Depan", Politeknik Negeri Sriwijaya, 2009.
Komentar
Posting Komentar