QUANTUM COMPUTATION / KOMPUTER KUANTUM
Hallo fellas, kalian
pernah gak sih mendengar pernyataan “Komputer ‘klasik’ sudah tamat, hiduplah komputer
‘kuantum’!”
Pernyataan ini mungkin cukup mengguncangkan bagi
kita yang terbiasa berpikir bahwa komputer dapat melakukan segalanya dan tak
pernah salah. Namun, bisa saja saat ini kita sedang berada di awal era baru,
yakni era komputer kuantum. Komputer ini memiliki kemampuan untuk menyaring,
memilah, dan menganalisis data yang hampir tak terbayangkan, yang bahkan bisa
membuat superkomputer di masa sekarang tampak seperti komputer di zaman batu.
Apakah betul seperti itu? Mari kita kenali komputer kuantum dengan lebih baik.
Komputer kuantum adalah alat yang menggunakan
prinsip-prinsip teori kuantum untuk mengolah informasi. Teori kuantum dalam
fisika mencoba menjelaskan perilaku objek-objek yang sangat kecil, seperti
molekul, atom, dan partikel. Dunia mikroskopis ini sangat berbeda dengan dunia
makroskopis sehari-hari. Dalam dunia kuantum, materi dapat berperilaku seperti
partikel dan gelombang. Hal ini disebut dualisme partikel-gelombang yang
merupakan salah satu keunikan dari teori kuantum.
Komputer kuantum dapat memproses semua jenis
informasi yang diproses komputer klasik. Sebagai tambahannya, komputer kuantum
dapat menggunakan sifat unik (dan aneh) superposisi kuantum untuk melakukan
komputasi yang tidak dapat dilakukan oleh komputer klasik.
Sejarah Komputer Kuantum
Gordon Moore, salah satu pendiri Intel, di tahun
1960-an menyatakan bahwa jumlah transistor yang dapat dibuat dalam satu
mikroprosesor akan menjadi dua kali lipat setiap 18 bulan. Pernyataan ini
terkenal sebagai hukum Moore. Implikasi dari hukum Moore ini adalah kita dapat
terus meningkatkan kemampuan chip komputer dengan cara menjejalkan
transistor yang lebih banyak ke dalamnya. Hukum Moore terbukti merupakan
penanda yang akurat bagi perkembangan industri komputer selama beberapa dekade
belakangan.
Intel dan perusahaan komputer lainnya
mengalokasikan sumber daya yang sangat besar dalam riset untuk memastikan bahwa
hukum Moore tetap berlaku, sampai batas fisik absolut tercapai. Tetapi, ada
beberapa konsekuensi yang timbul dari hukum Moore. Seiring dengan menyusutnya
ukuran transistor dan chip, jumlah panas yang dihasilkan dalam chip
komputer meningkat dan ada biaya yang sangat besar untuk menghilangkan panas
yang berpotensi merusak chip. Biaya ini tentu saja menghambat
perkembangan kemampuan komputer konvensional. Industri komputer khawatir jika
biaya penghilangan panas ini menjadi biaya utama dalam memproduksi komputer di
masa depan.
Hal lain yang menjadi perhatian adalah jika ukuran chip
mencapai skala nanometer (satu per triliun meter), efek kuantum menjadi penting
dan akan berpotensi sebagai sumber kesalahan dalam komputasi. Implikasinya
adalah akan sulit untuk membuat chip yang bekerja dengan benar. Di
sinilah ilmuwan mulai berimajinasi tentang adanya komputer kuantum.
Konsep awal tentang komputer yang beroperasi
berdasarkan teori kuantum pertama kali diajukan oleh fisikawan legendaris
Amerika, Richard Feynman, pada tahun 1980-an. Feynman menyadari komputer klasik
tidaklah efisien ketika dipakai untuk mensimulasikan dinamika sistem kuantum.
Hal ini menyiratkan pula bahwa ketika komputer konvensional dipakai untuk
melakukan simulasi dalam bidang seperti kimia kuantum, fisika material
terkondensasi, atau desain obat-obatan, dibutuhkan kekuatan komputasi yang
sangat besar.
Richard Feynman mengajukan hipotesis jika sebuah
komputer generasi baru yang beroperasi berdasarkan fisika kuantum akan bekerja
secara lebih efisien dibandingkan dengan komputer klasik. Hipotesis Feynman
saat itu belum dapat dibuktikannya sendiri. Namun, hal ini telah membukakan
pintu untuk eksplorasi potensi kemampuan komputer yang berdasarkan prinsip-prinsip
teori kuantum. Dari sini dimulailah cerita eksplorasi komputer kuantum. Sebagai
contoh, pada awal tahun 1990-an, David Deutsch, seorang fisikawan dari Inggris,
dan Richard Josza, seorang fisikawan dari Amerika Serikat, mengajukan algoritma
kuantum untuk pertama kalinya [Deutsch dan Josza, 1992].
 |
| Ilmu seputar prinsip kerja komputer kuantum merupakan irisan sains komputer dan fisika kuantum. |
Algoritma kuantum Deutsch-Jozsa dapat dianalogikan
dari cerita berikut ini. Misalkan kita hendak membuat sakelar lampu untuk
sebuah kamar mandi. Kita memutuskan bahwa sakelar tersebut ditempatkan di luar
kamar mandi, di samping pintu kamar mandi. Tetapi, kita curiga bahwa rangkaian
sakelar yang dipasang tukang listrik yang kita bayar tidak bekerja dengan benar
yang menyebabkan lampu kamar mandi selalu hidup atau selalu mati, tidak peduli
dengan posisi sakelar.
Untuk memeriksa apakah sakelar memang bekerja atau
tidak, kita harus mengubah posisi sakelar dua kali (sekali on dan sekali
off) dan melihat ke dalam kamar mandi setiap posisi sakelar berubah.
Deutsch dan Josza menemukan algoritma kuantum yang secara menakjubkan hanya
memerlukan seseorang untuk melihat ke dalam kamar mandi sekali saja untuk
menentukan rangkaian saklar bekerja atau tidak.
Riset dalam bidang komputer kuantum mulai
berkembang dengan cepat ketika riset Deutsch dan Josza diikuti oleh penemuan
algoritma kuantum lainnya dari fisikawan Amerika, Peter Shor. Algoritma Shor
dapat menemukan faktor prima dari bilangan bulat yang sangat besar (sampai
ratusan digit) [Shor, 1999]. Implikasi dari ditemukannya algoritma ini
mempengaruhi banyak bidang, seperti dalam hal keamanan internet dan transaksi online.
Sebagian besar skema kriptografi yang digunakan
sekarang bergantung kepada fakta bahwa komputer konvensional memerlukan waktu
jutaan tahun untuk menemukan faktor prima dari bilangan yang sangat besar yang
digunakan untuk memecahkan kode kriptografi. Namun, komputer kuantum dengan
algoritma Shor dapat dengan mudah dan cepat memecahkan kode tersebut.Perkembangan lainnya adalah ditemukannya algoritma
kuantum untuk mencari data tertentu dalam database yang sangat besar
oleh Lev Grover. Algoritma Grover membuat komputer kuantum dapat mencari
informasi penting jauh lebih cepat dari komputer klasik [Grover, 1996].
Merealisasikan Komputer Kuantum
Dalam komputer konvensional, informasi disampaikan
sebagai bilangan biner, 0 atau 1, yang disebut bit. Sementara itu,
komputer kuantum menggunakan qubit (quantum bit) yang dapat
berada dalam keadaan 0, 1, atau superposisi 0 dan 1.
Untuk membuat komputer kuantum, kita membutuhkan
sejumlah besar qubit yang dapat bekerja bersama-sama secara terkontrol
untuk melakukan komputasi. Qubit bisa dibuat dari foton, atom, elektron,
molekul atau objek kuantum lainnya, yakni setiap objek yang sifat dualisme
partikel dan gelombangnya cukup kentara. Sayangnya, qubit sangat susah untuk
dimanipulasi karena keadaan superposisi kuantum dari qubit dengan mudah
dihancurkan dengan sedikit gangguan saja. Fenomena terkait hal ini dikenal
sebagai decoherence, yang membuat qubit tidak dapat bekerja
sebagaimana harusnya. Nah, riset untuk membuat komputer kuantum pada
masa sekarang ini banyak difokuskan untuk menghilangkan decoherence
tersebut.
Kesulitan dan Penggunaan
Ada banyak rintangan praktis untuk diatasi oleh
para ilmuwan dan insinyur, seperti menciptakan lingkungan yang
terkendali untuk qubit dan menemukan cara untuk memanipulasi sifat
mereka , untuk menghasilkan hasil yang diinginkan.
Tapi setelah komputer kuantum dengan daya komputasi
yang tinggi akhirnya dibuat, mereka dapat digunakan untuk memecahkan masalah
yang lain dan mengambil waktu yang sangat lama untuk
diselesaikan oleh komputer tradisional.
Komputer kuantum secara nyata dan fisik yang
layaknya komputer konvensional memang belum benar-benar hadir di hadapan kita.
Tetapi, para fisikawan optimistis, dengan algoritma kuantum yang sudah mapan
disertai perkembangan peralatan eksperimen, mudah-mudahan komputer kuantum
komersial bisa segera kita nikmati. Faktanya, saat ini bahkan sudah ada
perusahaan bernama D-wave (http://www.dwavesys.com/) yang mulai mengomersialkan
desain komputer kuantum dan algoritma kuantum. Selain itu, ada Alibaba, Google,
dan Microsoft yang secara independen masuk investasi serta riset ke arah
komersialisasi komputer kuantum. Tentunya kita berharap akan ada orang Indonesia
pula yang turut berkontribusi dalam bidang ini.
Sumber :
Komentar
Posting Komentar