Quantum Computation & Parallel Computation

 

QUANTUM COMPUTATION

I.                   Pendahuluan

Teori tentang komputer kuantum ini pertama kali dicetuskan oleh fisikawan dari Argonne National Laboratory sekitar 20 tahun lalu.Paul benioff merupakan orang pertama yang mengaplikasikan teori fisika kuantum pada dunia komputer di tahun 1981.

Secara definisi, komputer quantum adalah komputer yang memanfaatkan fenomena-fenomena dari mekanika quantum, seperti quantum superposition dan quantum entanglement dalam proses komputasi data. 

Komputer quantum 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. 

Jadi bisa disimpulkan bahwa komputer quantum itu adalah komputer yang lebih canggih dari komputer biasa karena pada komputer quantum telah menggunakan prinsip-prinsip atau metode metode quantum.

II.                Entanglement

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. Quantum entanglement merupakan salah satu konsep yang membuat Einstein mengkritisi teori Quantum mechanical. Einstein menunjukkan kelemahan teori Quantum Mechanical yang menggunakan entanglement merupakan sesuatu yang “spooky action at a distance” karena Einstein tidak mempercayai bahwa Quantum particles dapat mempengaruhi partikel lainnya melebihi kecepatan cahaya. Namun, beberapa tahun kemudian, ilmuwan John Bell membuktikan bahwa “spooky action at a distance” dapat dibuktikan bahwa entanglement dapat terjadi pada partikel-partikel yang sangat kecil.

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.

III.             Pengoperasian Data Qubit

Qubit merupakan kuantum bit , mitra dalam komputasi kuantum dengan digit biner atau bit dari komputasi klasik. Sama seperti sedikit adalah unit dasar informasi dalam komputer 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.

IV.             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 kita telah melihat 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 waktu, sehingga juga bisa setiap kuantum perhitungan dapat dipecah menjadi urutan gerbang logika kuantum yang bekerja pada hanya beberapa qubit pada suatu waktu. Perbedaan utama adalah bahwa gerbang logika klasik memanipulasi nilai bit klasik, 0 atau 1, gerbang kuantum dapat sewenang-wenang memanipulasi nilai kuantum multi-partite termasuk superposisi dari komputasi dasar yang juga dilibatkan. Jadi gerbang logika kuantum perhitungannya jauh lebih bervariasi daripada gerbang logika perhitungan klasik.

PARALLEL COMPUTATION

I.                   Parallelism Concept

Paralel Processing adalah kemampuan menjalankan tugas atau aplikasi lebih dari satu aplikasi dan dijalankan secara simultan atau bersamaan pada sebuah komputer. Secara umum, ini adalah sebuah teknik dimana sebuah masalah dibagi dalam beberapa masalah kecil untuk mempercepat proses penyelesaian masalah.

II.                Distributed Processing   

Merupakan sekumpulan peralatan pemrosesan yang saling terhubung melalui jaringan yang mengerjakan tugas-tugas tertentu.

Pemrosesan terdistribusi dapat dikelompokan berdasarkan beberapa kriteria yaitu :

1.      Degree Coupling / Tingkat hubungan : tinggi atau rendah ?

Jumlah data yang saling digunakan dibandingkan dengan jumlah pemrosesan lokal.

2.      Struktur antar hubungan : kuat atau lemah ?

Jika komponen dapat di share dikatakan kuat

3.      Kesaling tergantungan komponen-komponen.

Kuat atau lemah dalam mengekseskusi proses.

4.      Keselarasan antar komponen.

Pemrosesan terdistribusi berkembang karena kebutuhan untuk dapat memecahkan masalah besar dan kompleks dengan menggunakan berbagai macam aturan divide and conquer. Alasan lain yang mendasar adalah struktur organisasi yang berubah menjadi terdistribusi.. Karena perkembangan pemrosesan terdistribusi inilah maka kemudian berkembang distributed database system.

III.             Architectural Parallel Computer

Berdasarkan jumlah aliran instruksi dan aliran datanya, Michael J. Flynn pada tahun 1966 mengelompokkan komputer digital menjadi empat golongan besar [Hwa85]. Aliran instruksi (instruction stream)adalah urutan instruksi yang dieksekusi oleh sistem komputer, sedangkan aliran data (data stream) adalah urutan data yang diolah termasuk data masukan, bagian dari data, maupun data sementara yang dipanggil atau digunakan oleh aliran instruksi.

Keempat kelompok komputer tersebut adalah :

1. Komputer SISD (Single Instruction stream-Single Data stream)

Pada komputer jenis ini semua instruksi dikerjakan terurut satu demi satu, tetapi juga dimungkinkan adanya overlapping dalam eksekusi setiap bagian instruksi (pipelining). Pada umumnya komputer SISD berupa komputer yang terdiri atas satu buah pemroses (single processor). Namun komputer SISD juga mungkin memiliki lebih dari satu unit fungsional (modul memori, unit pemroses, dan lain-lain), selama seluruh unit fungsional tersebut berada dalam kendali sebuah unit pengendali. Skema arsitektur global komputer SISD.

2. Komputer SIMD (Single Instruction stream-Multiple Data stream)

Pada komputer SIMD terdapat lebih dari satu elemen pemrosesan yang dikendalikan oleh sebuah unit pengendali yang sama. Seluruh elemen pemrosesan menerima dan menjalankan instruksi yang sama yang dikirimkan unit pengendali, namun melakukan operasi terhadap himpunan data yang berbeda yang berasal dari aliran data yang berbeda pula.

3. Komputer MISD (Multiple Instruction stream-Single Data stream)

Komputer jenis ini memiliki n unit pemroses yang masing-masing menerima dan

mengoperasikan instruksi yang berbeda terhadap aliran data yang sama, dikarenakan setiap unit pemroses memiliki unit pengendali yang berbeda. Keluaran dari satu pemroses menjadi masukan bagi pemroses berikutnya. Belum ada perwujudan nyata dari komputer jenis ini kecuali dalam bentuk prototipe untuk penelitian.

4.      Komputer MIMD (Multiple Instruction stream-Multiple Data stream)

Pada sistem komputer MIMD murni terdapat interaksi di antara npemroses. Hal ini disebabkan seluruh aliran dari dan ke memori berasal dari space data yang sama bagi semua pemroses. Komputer MIMD bersifat tightly coupled jika tingkat interaksi antara pemroses tinggi dan disebut loosely coupled jika tingkat interaksi antara pemroses rendah.

Sumber : Pengertian Quantum Computing
              Quantum  Entaglement
              Konsep Komputasi Parallel Processing
              Sistem Basis Data Terdistribusi
              Komputer Parallel Asitektur