PENGANTAR KOMPUTASI
MODERN
QUANTUM COMPUTING
Amellia
(50413790)
Nuraya
Ayu Ocktabella (56413641)
Reza Wisnu Wardhana
(57413521)
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 pnulisan 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.
