Tugas 6 : Quantum Computation

Quantum Computation atau Komputasi Kuantum

Definisi

Quantum Computation itu sendiri adalah suatu bidang studi yang memfokuskan kepada teknologi komputer yang sedang berkembang berdasarkan prinsip-prinsip dari teori kuantum. Dimana dijelaskan mulai dari sifat serta perilaku energi dan materi pada kuantum (atom dan sub atom) tingkat. Lalu apa bedanya Quantum Computation dengan Quantum Computing??? Berikut ini perbedaanya : 

1. Quantum Computing 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. Dan apa itu Qubit serta Mekanika Kuantum
2. Qubit atau Binary Digit merupakan ukuran terkecil data dalam sebuah komputer yang hanya terdiri dari 1 atau 0, nyala atau mati, benar atau salah, tidak ada selain dari dua kemungkinan itu. Tapi qubit atau quantum bit, bisa memiliki tiga kemungkinan yaitu 1, 0 atau supersisi dari 1 dan 0. Iya, tidak dan mungkin. Qubit menggunakan mekanika kuantum (hukum fisika yang berlaku hanya untuk partikel yang sangat kecil seperti atom) untuk mengkodekan informasi baik sebagai 1 dan 0 pada saat yang sana. Sedangkan
3. Mekanika Kuantum merupakan cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik paa tataran atom dan sub atom. Kuantum komputer menggunakan fenomena dari mekanika kuantum yang berupa superposition, entanglement, multi verse dan tunneling. Superposition adalah keadaan dimana diantara 2 kemungkinan atau bisa disebut gabungan 2 kemungkinan.

Kenapa kita Butuh Komputasi Kuantum?

Ketika para ilmuwan dan insinyur menghadapi masalah yang sulit, mereka beralih ke superkomputer. Ini adalah komputer klasik yang sangat besar, seringkali dengan ribuan inti CPU dan GPU klasik. Namun, bahkan superkomputer berjuang untuk memecahkan jenis masalah tertentu.

Jika superkomputer menjadi bingung, itu mungkin karena mesin klasik besar diminta untuk memecahkan masalah dengan tingkat kerumitan yang tinggi. Ketika komputer klasik gagal, seringkali karena kerumitan

Masalah kompleks adalah masalah dengan banyak variabel yang berinteraksi dengan cara yang rumit. Pemodelan perilaku atom individu dalam molekul adalah masalah yang kompleks, karena semua elektron yang berbeda berinteraksi satu sama lain. Memilah rute ideal untuk beberapa ratus kapal tanker dalam jaringan pelayaran global juga rumit.

Implementasi 

Contoh implemntasi komputasi kuantum: 

Mercedes-Benz menggunakan komputer kuantum untuk merancang baterai yang lebih baik.

Mimpi Mercedes-Benz adalah semua armada kendara mereka bebas carbon pada tahun 2039. Ini artinya mereka harus menerapkan penggerak listrik di semua devisi sebagai prioritas.

Dengan menggunakan komputer kuantum, mereka dapat mensimulasikan apa yang sedang terjadi di dalam baterai. Melihat isinya baterai dalam molekul level pada saat baterai sedang berjalan. Mensimulasikan ini pada tingkat detail molekuler melibatkan penghitungan sejumlah besar interaksi elektron. Setiap elektron mempengaruhi yang lain dengan cara yang kompleks. 

Mensimulasikan interaksi elektron secara akurat dalam molekul paling sederhana, membutuhkan waktu berhari-hari di komputer super paling kuat di planet ini. Dan untuk reaksi dalam baterai, lupakan saja terlalu lama. Jadi yang harus  dilakukan adalah memperkirakan reaksi kimia dalam baterai menggunakan algoritma klasik. Jadi merancang baterai yang lebih efisien adalah proses trial and error yang memakan waktu puluhan tahun.

Mercedes-Benz telah beralih ke IBM Quantum untuk mengeksplorasi bagaimana mereka dapat mensimulasikan reaksi kimia dalam baterai dengan lebih akurat. Di sini mereka terus memajukan pengembangan baterai lithium ion berkinerja tinggi saat ini dan di masa depan. Tetapi juga melihat dari dekat apa ada alterlatif di luar ion lithium. Mereka berusaha untuk mengeksplorasi teknologi mutakhir untuk pelanggan mereka dalam mendukung elektrifikasi volume tinggi untuk seluruh portofolio model. Mensimulasikan perilaku baterai yang sebenarnya menggunakan komputasi kuantum dapat membuka peluang yang luar biasa kata mereka.

Mengapa komputer kuantum lebih cepat

Mari kita lihat contoh yang menunjukkan bagaimana komputer kuantum dapat berhasil di mana komputer klasik gagal:

Superkomputer mungkin hebat dalam tugas-tugas sulit seperti menyortir database besar urutan protein. Tetapi akan sulit untuk melihat pola halus dalam data yang menentukan bagaimana protein tersebut berperilaku.

Protein adalah rangkaian panjang asam amino yang menjadi mesin biologis yang berguna ketika mereka terlipat menjadi bentuk yang kompleks. Mencari tahu bagaimana protein akan melipat adalah masalah dengan implikasi penting bagi biologi dan kedokteran.

Superkomputer klasik mungkin mencoba melipat protein dengan kekuatan kasar, memanfaatkan banyak prosesornya untuk memeriksa setiap cara yang mungkin untuk membengkokkan rantai kimia sebelum sampai pada jawaban. Tetapi ketika urutan protein menjadi lebih panjang dan lebih kompleks, superkomputer terhenti. Sebuah rantai 100 asam amino secara teoritis dapat melipat dalam salah satu dari banyak triliunan cara. Tidak ada komputer yang memiliki memori kerja untuk menangani semua kemungkinan kombinasi lipatan individu.

Algoritme kuantum mengambil pendekatan baru untuk masalah kompleks semacam ini -- menciptakan ruang multidimensi di mana pola yang menghubungkan titik data individual muncul. Dalam kasus masalah lipatan protein, pola itu mungkin merupakan kombinasi lipatan yang membutuhkan energi paling sedikit untuk diproduksi. Kombinasi lipatan itu adalah solusi untuk masalah tersebut.

Komputer klasik tidak dapat membuat ruang komputasi ini, sehingga mereka tidak dapat menemukan pola ini. Dalam kasus protein, sudah ada algoritme kuantum awal yang dapat menemukan pola pelipatan dengan cara yang sama sekali baru dan lebih efisien, tanpa prosedur pemeriksaan komputer klasik yang melelahkan. Seiring berkembangnya skala perangkat keras kuantum dan algoritme ini, mereka dapat mengatasi masalah pelipatan protein yang terlalu rumit untuk superkomputer mana pun.

Komputer kuantum dibuat untuk kompleksitas
Algoritme kuantum mengambil pendekatan baru untuk masalah kompleks semacam ini -- menciptakan ruang multidimensi di mana pola yang menghubungkan titik data individual muncul. Komputer klasik tidak dapat membuat ruang komputasi ini, sehingga mereka tidak dapat menemukan pola ini. Dalam kasus protein, sudah ada algoritme kuantum awal yang dapat menemukan pola pelipatan dengan cara yang sama sekali baru dan lebih efisien, tanpa prosedur pemeriksaan komputer klasik yang melelahkan. Seiring berkembangnya skala perangkat keras kuantum dan algoritme ini, mereka dapat mengatasi masalah pelipatan protein yang terlalu rumit untuk superkomputer mana pun.

Konsep Qubit dan Quantum State

Sebuah "qubit" dapat merujuk ke sistem kecil, yang memiliki keadaan mekanika kuantum.

Keadaan sistem mekanika kuantum membentuk ruang vektor. Sebagian besar negara bagian ini hanya dapat dibedakan satu sama lain hanya secara tidak sempurna, karena ada kemungkinan salah satu negara bagian untuk yang lain, tidak peduli seberapa pintar Anda mencoba untuk membedakan mereka. Seseorang kemudian dapat mengajukan pertanyaan, tentang serangkaian keadaan, apakah mereka semua dapat dibedakan secara sempurna satu sama lain.

Sebuah "qubit" adalah contoh dari sistem mekanika kuantum, di mana jumlah terbesar dari keadaan yang dapat dibedakan secara sempurna adalah dua. (Ada banyak himpunan berbeda dari keadaan yang dapat dibedakan secara sempurna; tetapi masing-masing himpunan tersebut hanya berisi dua elemen.)

Ini mungkin tampak membingungkan, tetapi tidak ada bedanya dengan apa yang kita lakukan sepanjang waktu dengan komputasi klasik.

• Jika dalam bahasa seperti C saya menulis int x = 5; Anda mungkin mengerti bahwa x adalah bilangan bulat (yaitu variabel bilangan bulat), yang menyimpan bilangan bulat 5 (nilai bilangan bulat).
• Jika saya kemudian menulis x = 7; Saya tidak bermaksud bahwa x adalah bilangan bulat yang sama dengan 5 dan 7, tetapi x adalah semacam wadah dan apa yang kita lakukan adalah mengubah isinya.

Dan seterusnya — cara kita menggunakan istilah 'qubit' ini sama seperti cara kita menggunakan istilah 'bit', hanya saja kita menggunakan istilah untuk keadaan kuantum alih-alih untuk nilai, dan untuk fisik kecil sistem daripada variabel atau register. (Atau lebih tepatnya: keadaan kuantum adalah nilai dalam perhitungan kuantum, dan sistem fisik kecil adalah variabel / register.)

Etanglement & Bell's Theorem

Keterikatan / Etanglement adalah efek mekanika kuantum yang menghubungkan perilaku dua hal yang terpisah. Ketika dua qubit terjerat, perubahan ke satu qubit secara langsung berdampak pada yang lain. Algoritma kuantum memanfaatkan hubungan tersebut untuk menemukan solusi untuk masalah yang kompleks.

Teorema Bell adalah istilah yang mencakup sejumlah hasil yang terkait erat dalam fisika, yang semuanya menentukan bahwa mekanika kuantum tidak sesuai dengan teori variabel tersembunyi lokal.

Sumber :

• What is Quantum Computing? | IBM
• terminology - What is the difference between a qubit and a quantum state? - Quantum Computing Stack Exchange
• Quantum Computing: Definisi dan Cara Mengoptimalkannya - Glints Blog