Tugas 3 : Quantum Computation, Entanglement Quantum, Pengoperasian Data Qubit, Quantum Gates, Algorita Shor

• Quantum Computation

Quantum Computation adalah alat hitung yang menggunakan fenomena-fenomena  mekanika kuantum untuk melakukan pengoperasian data. Fenomena  mekanika quantum yang digunakan misalnya superposisi dan entanglement. Dalam komputasi klasik, jumlah data dihitung dengan bit, sedangkan dalam komputer kuantum, hal ini dilakukan dengan qubit. Prinsip dasar komputer kuantum adalah bahwa sifat kuantum dari partikel dapat digunakan untuk mewakili data serta struktur data dan bahwa mekanika kuantum dapat digunakan untuk melakukan operasi dengan data ini

Komputasi kuantum adalah bidang ilmiah yang secara fundamental mempelajari penggunaan partikel subatomik seperti elektron dan foton untuk melakukan dan memecahkan masalah komputasi dan akhirnya pemrosesan data besar. Dalam perhitungan kuantum, data disimpan dalam register kuantum, yang terdiri dari serangkaian bit kuantum (qubit). Qubit adalah analog kuantum bit. Gerbang kuantum dalam perhitungan kuantum adalah seperangkat operator yang didefinisikan dan dirancang untuk melakukan perhitungan berbasis qubit sederhana pada register kuantum.

Komputasi kuantum mampu melakukan pencarian cepat melalui set data diskrit dan pemrosesan data paralel. Sistem komputer klasik yang digunakan untuk melakukan aktivitas kecerdasan kuantum seperti itu disebut "sistem komputer kuantum." Teori komputasi kuantum bersekutu dengan berbagai bidang ilmiah seperti logika fuzzy dan kecerdasan buatan, dan menjanjikan peningkatan substansial di bidang masing-masing.

• Quantum Entanglement

Quantum Entanglement adalah sumber daya fisik, seperti energi, yang terkait dengan korelasi non-klasik khas yang dimungkinkan antara sistem kuantum yang terpisah. Entanglement dapat diukur, diubah, dan dimurnikan. Sepasang sistem kuantum dalam keadaan terjerat dapat digunakan sebagai saluran informasi kuantum untuk melakukan tugas komputasi dan kriptografi yang tidak mungkin untuk sistem klasik. Studi umum tentang kemampuan pemrosesan informasi sistem kuantum adalah subjek teori informasi kuantum.

Entanglement adalah suatu teori mekanika quantum yang menggambarkan seberapa cepat dan kuat keterhubungan partikel-partikel pada Quantum computer yang dimana jika suatu partikel diperlakukan ‘A’ maka akan memberikan dampak ‘A’ juga ke partikel lainnya. Sedangkan Quantum entanglement adalah bagian dari fenomena quantum  mechanical yang menyatakan bahwa dua atau lebih objek dapat digambarkan mempunyai hubungan dengan objek lainnya walaupun objek tersebut berdiri sendiri dan terpisah dengan objek lainnya. Penggunaan quantum entanglement saat ini diimplementasikan dalam berbagai bidang salah satunya adalah pengiriman pesan-pesan rahasia yang sulit untuk di-enkripsi dan pembuatan komputer yang mempunyai performa yang sangat cepat.

• Pengoperasian Data Qubit

Qubit merupakan kuantum bit, versi kuantum dari bit biner dari komputasi klasik. Qubit adalah unit dasar informasi dalam komputer kuantum. Sementara bit dapat mewakili hanya satu dari dua kemungkinan seperti 0/1, ya / tidak, qubit dapat mewakili lebih: 0/1, 1 dan 0. 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 dari fisika kuantum adalah prinsip superposisi dan Entanglement

• Quantum Gates

Gerbang kuantum atau gerbang logika kuantum adalah rangkaian kuantum dasar yang beroperasi pada sejumlah kecil qubit. Mereka adalah analog untuk komputer kuantum ke gerbang logika klasik untuk komputer digital konvensional. Gerbang logika kuantum dapat dibalik, tidak seperti banyak gerbang logika klasik. Beberapa gerbang logika klasik universal, seperti gerbang Toffoli, memberikan reversibilitas dan dapat langsung dipetakan ke gerbang logika kuantum. Gerbang logika kuantum diwakili oleh matriks kesatuan. Gerbang kuantum paling umum beroperasi pada ruang satu atau dua qubit. Ini berarti bahwa sebagai matriks, gerbang kuantum dapat dijelaskan oleh matriks 2 x 2 atau 4 x 4 dengan baris ortonormal.

Gerbang kuantum, seperti gerbang reversibel klasik, secara logika reversibel, tetapi mereka sangat berbeda pada sifat universalitasnya. Sedangkan gerbang reversibel klasik universal terkecil harus menggunakan tiga bit, gerbang kuantum universal terkecil hanya perlu menggunakan dua bit. Karena gerbang reversibel klasik juga satu kesatuan, dapat dibayangkan bahwa salah satu aplikasi praktis pertama gerbang kuantum adalah dalam implementasi non-standar (mis., "Spintronic") komputer reversibel klasik.

• Algoritma Shor

Algoritma Shor adalah algoritma kuantum untuk memfaktorkan angka N dalam ruang O ((log N) 3) dan ruang O (log N), dinamai berdasarkan penemunya. Algoritma Shor adalah sebuah algoritma yang ditemukan oleh Peter Shor pada tahun 1995. Algoritma Shor ini secara prinsip dapat melakukan faktorisasi secara efisien, oleh karena itu penggunaan algoritma ini hanya dapat dikerjakan oleh sebuah komputer kuantum. Dengan adanya Algoritma Shor ini, sebuah komputer kuantum dapat memecahkan sebuah kode rahasia yang saat ini secara umum digunakan untuk mengamankan pengiriman data yang disebut dengan kode RSA. Jika disandikan melalui kode RSA, data yang dikirimkan akan aman karena kode RSA tidak dapat dipecahkan dalam waktu yang singkat. Selain itu, pemecahan kode RSA membutuhkan kerja ribuan komputer secara paralel sehingga kerja pemecahan ini tidaklah efektif.

Seperti semua algoritma komputer kuantum, algoritma Shor adalah probabilistik: memberikan jawaban yang benar dengan probabilitas tinggi, dan probabilitas kegagalan dapat dikurangi dengan mengulangi algoritma. Algoritma Shor terdiri dari dua bagian. Bagian pertama mengubah factoring promblem  menjadi period findng problem, dan dapat dihitung pada komputer klasik. Bagian kedua (langkah 2 di bawah) menemukan periode menggunakan transformasi Fourier kuantum dan bertanggung jawab atas peningkatan kuantum algoritma.