Quantum Computing

Sebutkan dan jelaskan Konsep Quantum Computation!

• Quantum Computation adalah paradigma komputasi yang menggunakan prinsip-prinsip fisika kuantum untuk melakukan komputasi. Konsep ini berbeda dengan komputasi klasik yang menggunakan bit klasik sebagai unit dasarnya. Pada Quantum Computation, unit dasarnya adalah qubit (quantum bit), yang merupakan representasi kuantum dari informasi.

• Konsep Quantum Computation menjanjikan kecepatan dan kapasitas komputasi yang jauh melebihi kemampuan komputasi klasik saat ini. Namun, implementasi praktis Quantum Computation masih dalam tahap pengembangan dan menghadapi tantangan teknis yang signifikan, seperti penanganan kesalahan kuantum (quantum error correction) dan menjaga kualitas qubit dalam keadaan superposisi.

Jelaskan cara Kerja Entanglement Quantum!

• Entanglement Quantum adalah fenomena dalam mekanika kuantum di mana dua atau lebih partikel dapat menjadi terkait secara intrinsik satu sama lain. Dalam keadaan terentang, keadaan kuantum dari satu partikel tidak dapat dipisahkan atau dijelaskan secara independen dari keadaan kuantum partikel lainnya yang terentang. Dengan kata lain, partikel-partikel tersebut menjadi saling tergantung dan memiliki hubungan yang erat.

• Cara kerja Entanglement Quantum dimulai dengan proses di mana dua atau lebih partikel terlibat dalam interaksi dan menjadi terentang. Proses ini dapat terjadi melalui berbagai cara, seperti tabrakan partikel atau melalui interaksi medan elektromagnetik. Saat partikel-partikel ini terentang, keadaan kuantum mereka menjadi saling bergantung satu sama lain. Setelah terjadi entanglement, keadaan kuantum partikel-partikel tersebut tidak dapat dijelaskan secara terpisah menggunakan fungsi gelombang masing-masing partikel. Sebaliknya, keadaan kuantum sistem terentang harus dijelaskan menggunakan fungsi gelombang gabungan untuk keseluruhan sistem. Fungsi gelombang ini mencakup semua kemungkinan keadaan kuantum yang mungkin terjadi untuk partikel-partikel yang terentang.

Sebutkan dan jelaskan Teknik Pengoperasian Qubit!

• Sebuah qubit adalah unit dasar informasi dalam sebuah komputer kuantum. Sementara sedikit dapat mewakili hanya satu dari dua kemungkinan seperti 0 / 1, ya / tidak, qubit dapat mewakili lebih: 0 / 1, 1 dan 0, probabilitas terjadinya setiap saat dikombinasikan dengan qubit lebih, dan semua yang secara bersamaan. Secara umum komputer kuantum dengan qubit n bisa dalam superposisi sewenang-wenang hingga 2 n negara bagian yang berbeda secara bersamaan (ini dibandingkan dengan komputer normal yang hanya dapat di salah satu negara n 2 pada satu waktu). 

• Untuk memanipulasi sebuah qubit, maka menggunakan Quantum Gates (Gerbang Kuantum). Cara kerjanya yaitu sebuah gerbang kuantum bekerja mirip dengan gerbang logika klasik. Gerbang logika klasik mengambil bit sebagai input, mengevaluasi dan memproses input dan menghasilkan bit baru sebagai output.

Sebutkan dan jelaskan Teknik Quantum Gates!

Quantum Gates berfungsi sebagai gerbang logika dalam komputasi kuantum. Berikut ini adalah beberapa teknik Quantum Gates yang umum digunakan:

• Gerbang Hadamard (H Gate) : dinyatakan dengan matriks Hadamard dan digunakan untuk menciptakan superposisi antara keadaan 0 dan 1. Gerbang Hadamard mengubah qubit dalam keadaan |0⟩ menjadi superposisi (|0⟩ + |1⟩) / √2 dan qubit dalam keadaan |1⟩ menjadi superposisi (-|0⟩ + |1⟩) / √2.

• Gerbang Pauli-X (X Gate) :  dikenal sebagai NOT gate dalam komputasi klasik, mengubah qubit dalam keadaan |0⟩ menjadi |1⟩ dan qubit dalam keadaan |1⟩ menjadi |0⟩. Ini setara dengan rotasi qubit sepanjang sumbu X pada bola Bloch.

• Gerbang Pauli-Y (Y Gate) :  adalah variasi dari gerbang Pauli-X dan juga melibatkan rotasi qubit pada bola Bloch. Gerbang ini mengubah qubit dalam keadaan |0⟩ menjadi i|1⟩ dan qubit dalam keadaan |1⟩ menjadi -i|0⟩.

• Gerbang Pauli-Z (Z Gate) :  melakukan rotasi qubit sepanjang sumbu Z pada bola Bloch. Gerbang ini mempertahankan keadaan |0⟩ dan mengubah fase qubit dalam keadaan |1⟩ menjadi -|1⟩.

• Gerbang CNOT (Controlled-NOT Gate) :  merupakan gerbang kontrol yang beroperasi pada dua qubit. Qubit kontrol (biasanya dilambangkan dengan C) mengontrol perubahan keadaan qubit target (biasanya dilambangkan dengan T) berdasarkan nilainya. Jika qubit kontrol adalah |1⟩, maka gerbang CNOT akan mengubah keadaan qubit target. Jika qubit kontrol adalah |0⟩, qubit target tidak berubah.

• Gerbang Toffoli, dikenal sebagai gerbang kontrol-kontrol-kontrol-NOT (CCNOT), adalah gerbang yang mengontrol perubahan keadaan dua qubit target berdasarkan nilai dari tiga qubit kontrol. Jika kedua qubit kontrol adalah |1⟩, maka gerbang Toffoli akan mengubah keadaan kedua qubit target.

Sebutkan dan jelaskan Teknik Algoritma Shor!

Algoritma Shor dikembangkan oleh Peter Shor pada tahun 1994, adalah algoritma kuantum yang sangat penting dalam faktorisasi bilangan besar dan penyelesaian masalah logaritma diskret. Algoritma ini memberikan solusi yang jauh lebih efisien dibandingkan dengan algoritma klasik terbaik yang saat ini diketahui. Berikut adalah penjelasan tentang teknik Algoritma Shor :

• Transformasi Fourier Kuantum : Langkah pertama dalam algoritma Shor adalah menerapkan transformasi Fourier Kuantum pada register kuantum penghitung. Transformasi ini mengubah keadaan kuantum dalam register menjadi kombinasi linear dari semua nilai yang mungkin, dengan bobot yang ditentukan oleh nilai-nilai dari fungsi Fourier. Transformasi Fourier Kuantum memainkan peran kunci dalam mengidentifikasi periode dalam algoritma Shor.

• Pengurangan Modular : Setelah transformasi Fourier Kuantum, dilakukan pengurangan modular pada register kuantum penghitung. Pengurangan modular memodifikasi qubit penghitung berdasarkan nilai a dan N, dengan tujuan mencari periode yang berhubungan dengan faktor-faktor prima dari N. Operasi pengurangan modular ini melibatkan penggunaan gerbang-gerbang kuantum yang mengubah keadaan qubit sesuai dengan operasi matematika yang terkait dengan pengurangan modular.

• Pengukuran Kuantum : Setelah pengurangan modular, dilakukan pengukuran kuantum pada register kuantum penghitung. Pengukuran ini mengubah keadaan kuantum menjadi nilai klasik yang dapat diamati. Jika hasil pengukuran adalah periode p, maka langkah berikutnya dapat dilakukan.

• Analisis Klasik : Setelah pengukuran kuantum, dilakukan analisis klasik untuk menentukan faktor prima dari N berdasarkan hasil pengukuran. Analisis ini melibatkan beberapa langkah matematis yang kompleks, termasuk mengidentifikasi periode yang ditemukan dan menggunakan sifat-sifat matematis untuk menemukan faktor-faktor prima dari N.

Algoritma Shor memanfaatkan kemampuan komputasi paralel kuantum untuk mencari periode dalam pemilihan kuantum. Dengan menemukan periode, algoritma Shor dapat mengungkap faktor-faktor prima dari bilangan bulat yang diberikan.