Tuesday, April 26, 2016

PENGOPERASIAN DATA QUBIT, QUANTUM GATES, DAN ALGORITMA SHOR

PENGOPERASIAN DATA QUBIT

Qubit merupakan kuantum bit, mitra dalam komputasi kuantum dengan digit biner atau bit dari komputasi klasik. Qubit adalah unit dasar informasi dalam komputer kuantum . Dalam komputer kuantum, sejumlah partikel elemental seperti elektron atau foton dapat digunakan (dalam praktek, keberhasilan juga telah dicapai dengan ion), baik dengan biaya mereka atau polarisasi bertindak sebagai representasi dari 0 dan / atau 1. Setiap partikel-partikel ini dikenal sebagai qubit, sifat dan perilaku partikel-partikel ini (seperti yang diungkapkan dalam teori kuantum ) membentuk dasar dari komputasi kuantum. Dua aspek yang paling relevan fisika kuantum adalah prinsip superposisi dan Entanglement
Superposisi, dalam qubit sebagai elektron dalam medan magnet. Spin elektron mungkin baik sejalan dengan bidang, yang dikenal sebagai spin-up, atau sebaliknya ke lapangan, yang dikenal sebagai keadaan spin-down. Mengubah spin elektron dari satu keadaan ke keadaan lain dicapai dengan menggunakan pulsa energi, seperti dari Laser - katakanlah menggunakan 1 unit energi laser. "Tapi bagaimana kalau hanya menggunakan setengah unit energi laser dan benar-benar mengisolasi partikel dari segala pengaruh eksternal?" 

Menurut hukum kuantum, partikel kemudian memasuki superposisi negara, di mana berperilaku seolah-olah itu di kedua negara secara bersamaan. Setiap qubit dimanfaatkan bisa mengambil superposisi dari kedua 0 dan 1. Dengan demikian, jumlah perhitungan bahwa komputer kuantum dapat melakukan adalah 2^n, dimana n adalah jumlah qubit yang digunakan. Sebuah komputer kuantum terdiri dari 500 qubit akan memiliki potensi untuk melakukan 2^ 500 perhitungan dalam satu langkah. Ini adalah jumlah yang mengagumkan, 2^ 500 adalah atom jauh lebih dari yang ada di alam semesta (ini pemrosesan paralel benar - komputer klasik saat ini, bahkan disebut prosesor paralel, masih hanya benar-benar melakukan satu hal pada suatu waktu yaitu hanya ada dua atau lebih dari mereka melakukannya). "Tapi bagaimana partikel-partikel ini akan berinteraksi satu sama lain?" Mereka akan melakukannya melalui belitan kuantum.


QUANTUM GATES

Pada saat ini, model sirkuit komputer adalah abstraksi paling berguna dari proses komputasi dan secara luas digunakan dalam industri komputer desain dan konstruksi hardware komputasi praktis. Dalam model sirkuit, ilmuwan komputer menganggap perhitungan apapun setara dengan aksi dari sirkuit yang dibangun dari beberapa jenis gerbang logika Boolean bekerja  pada beberapa biner (yaitu, bit string) masukan. Setiap gerbang logika mengubah bit masukan ke dalam satu atau lebih bit keluaran dalam beberapa mode deterministik menurut definisi dari gerbang. dengan menyusun gerbang dalam grafik sedemikian rupa sehingga output dari gerbang awal akan menjadi input gerbang kemudian, ilmuwan komputer dapat membuktikan bahwa setiap  perhitungan layak dapat dilakukan. Quantum Logic Gates, Prosedur berikut menunjukkan bagaimana cara untuk membuat sirkuit reversibel yang mensimulasikan dan sirkuit ireversibel sementara untuk membuat  penghematan yang besar dalam jumlah ancillae yang digunakan:
  • Pertama mensimulasikan gerbang di babak pertama tingkat.
  •  Jauhkan hasil gerbang di tingkat d / 2 secara terpisah.
  • Bersihkan bit ancillae.
  • Gunakan mereka untuk mensimulasikan gerbang di babak kedua tingkat.
  •  Setelah menghitung output, membersihkan bit ancillae.
  • Bersihkan hasil tingkat d / 2. 
Sekarang gerbang reversibel ireversibel klasik dan klasik, memiliki konteks yang lebih  baik untuk menghargai fungsi dari gerbang kuantum. Sama seperti setiap perhitungan klasik dapat dipecah menjadi urutan klasik gerbang logika yang bertindak hanya pada bit klasik pada satu.


ALGORITMA SHOR

Algoritma Shor, dinamai matematikawan Peter Shor , adalah algoritma kuantum yaitu merupakan suatu algoritma yang berjalan pada komputer kuantum yang berguna untuk faktorisasi bilangan bulat. Algoritma Shor dirumuskan pada tahun 1994.  Inti dari algoritma ini merupakan bagaimana cara menyelesaikan faktorisasi terhaadap bilanga interger atau bulat yang besar.
Efisiensi algoritma Shor adalah karena efisiensi kuantum Transformasi Fourier, dan modular eksponensial. Jika sebuah komputer kuantum dengan jumlah yang memadai qubit dapat beroperasi tanpa mengalah kebisingan dan fenomena interferensi kuantum lainnya, algoritma Shor dapat digunakan untuk memecahkan kriptografi kunci publik skema seperti banyak digunakan skema RSA. Algoritma Shor terdiri dari dua bagian:
  • Penurunan yang bisa dilakukan pada komputer klasik, dari masalah anjak untuk masalah ketertiban-temuan.
  • Sebuah algoritma kuantum untuk memecahkan masalah order-temuan. 
Hambatan runtime dari algoritma Shor adalah kuantum eksponensial modular yang jauh lebih lambat dibandingkan dengan kuantum Transformasi Fourier dan pre-/post-processing klasik. Ada beberapa pendekatan untuk membangun dan mengoptimalkan sirkuit untuk eksponensial modular. Yang paling sederhana dan saat ini yaitu pendekatan paling praktis adalah dengan menggunakan meniru sirkuit aritmatika konvensional dengan gerbang reversibel , dimulai dengan penambah ripple-carry. Sirkuit Reversible biasanya menggunakan nilai pada urutan n ^ 3, gerbang untuk n qubit. Teknik alternatif asimtotik meningkatkan jumlah gerbang dengan menggunakan kuantum transformasi Fourier , tetapi tidak kompetitif dengan kurang dari 600 qubit karena konstanta tinggi.

Kelemahan dan Kelebihan Algoritma Quantum Shor
Berbeda dengan komputer konvensional yang deterministik, komputer quantum bersifat nondeterministik dan probabilistik, yang berarti suatu algoritma kadang kala dapat berhasil dan kadang kala akan gagal biarpun untuk kondisi yang sama. Hal ini dikarena sifat pengukuran dalam mekanika quantum yang probabilistik. Akibatnya, Algoritma Shor dapat gagal menemukan faktor karena beberapa sebab, diantaranya:
  • Hasil pengukuran dari transformasi quantum fourier dapat berupa 0, membuat langka ke 10 tak mungkin dilakukan.
  • Kadang hasil faktorisasi algoritma akan menghasilkan 1 dan n, yang secara definisi benar tetapi tidak berguna.
  • Bila hasil r ganjil, maka langkah ke 10 tidak dapat dilakukan
Walaupun begitu, probabilitas sukses akan bertambah setiap kali algoritma diulang. Dalam Algoritma Shor yang dimodifikasi dengan penentuan order, probabilitas sukses setelah 2 kali jalan lebih dari 60%, dan probabilitas sukses setelah 4 kali jalan lebih dari 90%.



Sumber :


No comments:

Post a Comment