A. PENDAHULUAN

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 :

· 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?

· 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

· 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.

Sejarah Singkat Quantum Computing

· Pada tahun 1970'an pencetusan atau ide tentang komputer kuantum pertama kali muncul oleh para fisikawan dan ilmu wan komputer seperti Charles H. Bennet dari IBM, Paul A.

Benioff dari Argonne National Laboratory, Illinois, David Deutsch dari University of Oxford dan Richard P. Feynman dari California Institute of Technology (Caltech).

Feynman dari California Institute of Technology yang pertama kali mengajukan dan menunjukkan model bahwa sebuah sistem kuantum dapat digunakan untuk melakukan komputasi. Feyman juga menunjukkan bagaimana sistem tersebut dapat menjadi simulator bagi fisika kuantum.

· Pada tahun 1985, Deutsch menyadari esensi dari komputasi oleh sebuah komputer kunatum dan menunjukkan bahwa semua proses fisika secara prinsipil dapat dimodelkan melalui komputer kuantum. Dengan demikian, komputer kuantum memiliki kemampuan yang melebihi komputer klasik.

· Pada tahun 1995, Peter Shor merumuskan sebuah algoritma yang memungkinkan penggunaan komputer kuantum untuk memecahkan masalah faktorisasi dalam teori bilangan. Sampai saat ini, riset dan eksperimen pada bidang komputer kuantum masih terus dilakukan diseluruh dunia. Berbagai metode dikembangkan untuk memungkinkan terwujudnya sebuah komputer yang memiliki kemampuan yang luar biasa ini. Sejauh ini, sebuah komputer kuantum yang telah dibangun hanya dapat mencapai kemampuan untuk memfaktorkan dua digiat bilangan. Komputer kuantum ini dibangun pada tahun 1998 di Los Alamos, Amerika Serikat menggunakan NMR (Nuclear Magnetic Resonance).

B. ENTANGLEMENT

Setelah tadi kita membahas dan memahami apa itu Quantum Computation dan Quantum Komputer, selanjutnya kita akan memasuki pembahasan tentang Entanglement. Entanglement itu sendiri masih termasuk ke dalam bagaian dari Quantum Computation. Dan apa itu Entanglement??? Berikut penjelasannya...

Entanglement adalah suatu teori mekanika Quantum yang menggambarkan seberapa cepat dan betapa kuatnya keterhubungan partikel-partikel pada Quantum Komputer yang dimana jika suatu partikel diperlakukan "A" maka akan memberikan dampak "A" juga ke partikel lainnya.

C. PENGOPERASIAN DATA QUBIT

Sekarang kita akan membahas tentang Pengoperasian Data Qubit. Dimana sebelumnya kita telah membahas pengertian dari Qubit atau Binary Digit yang ada dibagian "Pendahuluan" diatas. selanjutnya pada bagian ini, kita akan membahas bagaimana cara Pengoperasian Data Qubit. Qubit merupakan kuantum bit yang terdiri dengan digit biner atau bit dari komputasi klasik. Dalam komputer kuantum, sejumlah partikel elemental seperti elektron atau foton dapat digunakan, baik dengan biaya mereka atau polarisasi yang bertindak sebagai representasi dari 0 dan 1. Setiap partikel-partikel ini dikenal sebagai Qubit, sifat dan perilaku partikel-partikel yang membentuk dasar dari komputasi kuantum. Dua aspek yang paling relevan fisika kuantum dalah prinsip superposisi dan entanglement.

Sebuah contoh implementasi dari Qubit untuk komputer kuantum yaitu bisa kita mulai dengan menggunakan partikel dengan dua putaran yang menyatakan : "Down" dan "Up". Namun pada kenyataanya sistem yang memiliki sesuatu dapat diamati dalam jumlah yang banyak dan dalam waktu yang berevolusi. Seperti bahwa A memiliki setidaknya dua diskrit dan cukup dengan spasi berturut-turut, maka kandidat yang cocok untuk menerapkan implementasi ini yaitu sebuah Qubit. Dimana setiap sistemnya tersebut dapat dipetakan ke proses yang efektif spin -1/2 sistem.

D. ALGORITMA QUANTUM COMPUTING

Para ilmuwan mulai melakukan perisettan mengenai sistem kuatum, mereka juga berusaha untuk menemukan logika apa yang sesuai dengan sistem tersebut. Sampai saat ini telah dikemukakan dua algoritma baru yang dapat digunakan dalam sistem Quantum yaitu Algoritma Shor dan Algoritma Grover. Berikut penjelasan dari masing-masing algoritma....

· Algoritma Shor adalah sebuah teori dimana komputer kuantum dapat memecahkan sebuah kode rahasia yang saat ini secara umum digunakan untuk mengamankan pengiriman data. Kode ini disebut kode RSA. Algoritma shor sendiri diambil dari nama penemunya yaitu Peter Shor pada tahun 1995. Berkat Peter Shor, teori algoritma ini jika sebuah pengiriman data melalui kode RSA, data yang dikirimkan akan aman karena kode RSA tidak dapat dipecahkan dalam waktu yang singkat dan membutuhkan lebih banyak komputer yang terhubung secara paralel dan itu membutuhkan watu yang tidak sebentar.

Algoritma Grover adalah sebuah algoritma kuantum yang menawarkan percepatan kuadrat dibandingkan pencarian linear klasik untuk list tak terurut. Algoritma grover menggambarkan bahwa dengan menggunakan pencarian model kuantum, pencarian dapat dilakukan lebih cepat dari model komputasi klasik. Dari banyaknya algoritma kuantum, algoritma grover akan memberikan jawaban yang benar dengan probabilitas yang tinggi. Kemungkinan kegagalan dapat dikurangi dengan mengulangi algoritma. Algoritma grover juga dapat digunakan untuk memperkirakan rata-rata dan mencari median dari serangkaian angka untuk memecahkan masalah collision.

Tentang quantum gates dan algoritma shor , Algoritma Shor didasarkan dari sebuah teori bilangan: fungsi F(a) = xamod n adalah feungsi periodik jika x adalah bilangan bulat yang relatif prima dengan n. Dalam Algoritma Shor, n akan menjadi bilangan bulat yang hendak difaktorkan. Menghitung fungsi ini di komputer konvensional untuk jumlah yang eksponensial akan membutuhkan waktu eksponensial pula. Pada masalah ini algoritma quantum shor memanfaatkan pararellisme quantum untuk melakukannya hanya dengan satu langkah. Karena F(A) adalah fungsi periodik, maka fungsi ini memiliki sebuah periode r. Diketahui x0mod n = 1, maka xr mod n =1, begitu juga x2r mod n dan seterusnya.

Dibawah ini adalah contoh gambar quantum computing :

E. IMPLEMENTASI QUANTUM COMPUTING

Dari pengertian Quantum Computing, sekarang mari kita lihat implementasinya yang ada di dunia nyata. Berikut implementasinya dibawah ini :

Beberapa waktu lalu para ilmuwan di pusat penelitian di Almaden telah berhasil menjalankan kalkulasi komputer kuantum yang paling rumit hingga saat ini. Mereka berhasil membuat seribu triliun molekul yang didesain khusus dalam sebuah tabung menjadi sebuah komputer kuantum 7-Qubit yang mampu memecahkan sebuah versi sederhana perhitungan matematika yang merupakan inti dari banyak diantara system kriptografis pengamanan data (data security cryptographic system). Keberhasilan ini memperkuat keyakinan bahwa suatu saat komputer - komputer kuantum akan mampu memecahkan problem yang demikian kompleks yang selama ini tidak mungkin dapat dipecahkan oleh super komputer - super komputer yang paling hebat meski dalam tempo jutaan tahun sekalipun.

Dalam edisi jurnal ilmiah nature yang terbit beberapa waktu lalu, sebuah tim bersama-sama mahasiswa tingkat graduate dari universitas stanford melaporkan demonstrasi pertama dari "Algoritma Shor" sebuah metode yang dikembangkan tahun 1994 oleh ilmuwan AT & T Peter Shor untuk menggunakan komputer kuantum yang futuristik untuk menemukan faktor-faktor dari sebuah bilangan. Bilangan-bilangan yang diperkalikan satu dengan yang lain untuk memperoleh bilangan asli. Saat ini, pemfaktoran (factoring) sebuah bilangan besar masih terlalu sulit bagi komputer konvensional meskipun begitu mudah untuk diverifikasi. Itulah sebabnya pemfaktoran bilangan besar ini banyak digunakan dalam metode kriptografi untuk melindungi data.

Pada 19 Nov 2013 Lockheed Martin, NASA dan Google semua memiliki satu misi yang sama yaitu mereka semua membuat komputer kuantum sendiri. Komputer kuantum ini adalah superkonduktor chip yang dirancang oleh sistem D - gelombang dan yang dibuat di NASA Jet Propulsion Laboratories. NASA dan Google berbagi sebuah komputer kuantum untuk digunakan di Quantum Artificial Intelligence Lab MENGGUNAKAN 512 Qubit D-Wave Two yang akan digunakan untuk penelitian pemeblajaran mesin yang membantu dalam menggunakan jaringan syaraf tiruan untuk mencari set data astronomi planet ekstra surya dan untuk mrningkatkan efisiensi search internet dengan menggunakan AI metaheuristik di search heuristical.

AI seperti metaheuristik dapat menyerupai masalah optimisasi global mirip dengan masalah klasik seperti pedagang keliling. Koloni semut atau optimasi swarm yang dapat menavigasi melalui database seperti labirin. Menggunakan partikel terjerat sebagai Qubit, algoritma ini bisa dinavigasi jauh lebih cepat daripada komputer konvensional dan dengan lebih banyak variabel. Penggunaan metaheuristik canggih pada fungsi heuristical lebih rendah dapat melihat simulasi komputer yang dapat memilih sub rutinitas tertentu pada komputer sendiri untuk memecahkan masalah dengan cara yang benar-benar cerdas, dengan cara ini mesin akan jauh lebih mudah beradaptasi terhadap perubahan data indrawi dan akan mampu berfungsi dengan jauh lebih otomatisasi daripada yang mungkin dengan komputer normal.

Quantum berlawanan dari fisika klasik dan semua intuisi kita. Engineering menghindari ilmu ini karena terlalu teoritis dan tidak bisa diaplikasi. Tapi ini mungkin adalah satu-satunya harapan untuk menghindari akhir dari kemajuan komputer. komputer. Meskipun kita selalu heran melihat model komputer baru muncul setiap bulan, secara teoritis ini ada ujungnya. Komputasi masa kini - komputer konvensional - dikerjakan oleh transistor, dan kecepatannya bergantung pada ukuran transistor. Kemajuan komputer yang sampai sekarang terjadi adalah karena transistor menjadi semakin kecil. Gordon Moore, co-founder dari Intel, pada tahun 60-an berkata, jumlah transistor per inchi persegi akan berlipat dua kali setiap tahun.

Suatu hari transistor itu bisa menjadi sebesar satu atom dan Richard Feynmann, fisikawan terhebat sejak Albert Einstein, berpendapat bahwa ini adalah ukuran transistor terkecil yang mungkin. Tentunya ini keberhasilan luar bisa untuk mencapai ukuran itu, namun apakah ini betul- betul akhir dari kemajuan komputer?

Tidak, dengan adanya Quantum Computer. Quantum Computer, berbeda dengan banyak istilah lain, memang memakai fenomena quantumyang tidak bisa ditiru komputer konvensional. Ini bukan pengembangan komputer biasa, melainkan konsep yang baru sama sekali.

Quantum Computer 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

Quantum Computer dapat memproses jauh lebih cepat daripada komputer konvensional. Pada dasarnya, quantum computer dapat memproses secara paralel, sehingga berkomputasi jauh lebih cepat. Quantum Computer dapat jauh lebih cepat dari komputer konvensional pada banyak masalah, salah satunya yaitu masalah yang memiliki sifat berikut:

1. Satu-satunya cara adalah menebak dan mengecek jawabannya berkali-kali

2. Terdapat n jumlah jawaban yang mungkin

3. Setiap kemungkinan jawaban membutuhkan waktu yang sama untuk mengeceknya

4. Tidak ada petunjuk jawaban mana yang kemungkinan benarnya lebih besar : memberi jawaban dengan asal tidak berbeda dengan mengeceknya dengan urutan tertentu.

F. QUANTUM CRYPTO

· Cryptography

Berasal dari bahasa Yunani yaitu Crypto dan Graphia yang berarti penulisan rahasia. Jadi Cryptography adalah ilmu yang mempelajari penulisan secara rahasia.

· Quantum Cryptography

Crytography quantum tidak menggunakan teknik marematika untuk menjamin keamanan data tetapi menggunakan sifat fisika cahaya. Dalam ilmu fisika dikenal istilah “ foton” yang merupakan partikel terkecil cahaya, sehingga tidak dapat diuraikan (diperkecil lagi). Cryptography memerlukan trilyunan foton untuk mengirim suatu pesan dan hanya satu foton saja yang berisi pesan.

Algoritma cryptography quantum merupakan jenis algoritma pertukaran kunti simetri dan tidak digunakan untuk melakukan enkripsi langsung pada pesan yang ada. Cryptography quantum ditemukan oleh Bennett dan Brassard pada tahun 1984. Cryptography quantum digunakan di Swiss yang menghubungkan kota Geneva dan Laussane dengan serat optic sepanjang 67 km dan untuk

menambah jarak lagi akan bisa dilakukan dengan membangun station penghubung, tapi hal tersebut tidak memungkinkan dengan satu alasan tidak dibangunnya station sambungan karena akan memperbesar resiko penyadapan, sebab station penghubung merupakan proses pengulangan dari foton yang ada.

Kecanggihan sistem Quantum Cryptography ternyata berhasil dijebol. Salah satu metode enkripsi sistem pengamanan jaringan komputasi yang canggih serta palinq dianqqap aman selama ini yakni quantum cryptographic system ternyata mampu ditembus aksi hacker yang bahkan serangannya bersifat : “invisible attack” sehingga aksi pembobolan dapat berjalan secara diam- diam menyelinap tak terdeteksi.

Quantum cryptography dipandang metode sistem yang bekerja sempurna dengan mengandalkan prinsip dasar bahwa sistem ini tak mungkin ditembus sama sekali tanpa terlebih dahulu mengakibatkan terjadinya gangguan pada integritas keutuhan sistem sediakala yang tengah berlangsung. Dalam teorinya tatkala pihak hackers berupaya menembus melakukan intersepsi ataupun “menguping” untuk mengendus data kode quantum encryption yang tengah ditransmisikan dalam jaringan, maka akan selalu terjadi gangguan pada sistem hingga dengan seketika sistem ini dapat memicu alarm pertanda deteksi telah terjadinya gangguan.

Dalam publikasi yang dimuat dalam jurnal ilmiah terkini “Nature Photonics” Vadim Makarov dkk. peneliti dari University of Science and Technology di Trondheim – Norwegia memaparkan eksperimen aksi hacking yang diyakininya 100% membobol sistem hingga berhasil digondolnya kunci kode sandi pengamanan : encryption code dan ternyata aksi pembobolan ini berjalan dengan sama sekali tanpa menimbulkan sedikit pun pertanda akan adanya gangguan pada sistem quantum cryptographic dijalankan. Pada praktek aksi Makarov dkk didemontrasikan dalam pembobolan sistem pengamanan jaringan quantum cryptographic yang tersedia komersial yakni IDquantique buatan Swiss dan MagiQ dari Massachussets.

Sistem quantum cryptographic bekerja dengan memunculkan sederet kode kunci rahasia dengan proses enkode senilai tertentu dari sistem bilangan binary 0 atau 1dengan membonceng karakteristik perbedaan status quantum photon yang merupakan bagian dari sejumput partikel cahaya.

Aksi pembobolan hacking temuan Makarov dkk dilaksanakan dengan menyorotkan sejumput sinar laser sebesar 1 milliwatt hingga menjadikannya mampu mengecoh sistem deteksi yang berfungsi menjaga keutuhan integritas keseluruhan sistem hingga diperdaya tanpa dapat mendeteksi akan adanya gangguan yang tengah berjalan menyadap sistem enkripsi pengamanan.

Dalam penjelasan akhirnya Makarov berujar betapa tim pembobol hacker kelompoknya pada dasarnya bekerja dengan mengeksploitasi suatu celah kelemahan keamanan : “security loophole” sedemikian rupa hingga seolah merubah sistem quantum cryptography yang canggih menjadi bagaikan sistem pengamanan model klasik yang lebih gampang ditembus, dan rekayasa ini terjadi tanpa disadari oleh pihak siapa pun selaku penjaga pembuat sistem pengamanan enkripsi yang sediakalanya amat canggih.

Dibawah ini adalah contoh gambar quantum crypto :