Parallel computation

Parallel computation adalah salah satu pemrograman komputer yang memungkinkan untuk melakukan eksekusi perintah secara bersamaan dan berbarengan dalam satu ataupun banyak prosesor di dalam sebuah CPU. Parallel computation sendiri berguna untuk meningkatkan performa komputer karena semakin banyak proses yang bisa dikerjakan secara bersamaan maka akan makin cepat. 

Parallelism Concept

Paralelisme (parallelism) lahir dari pendekatan yang biasa dipergunakan oleh para perancang sistem untuk menerapkan konsep pemrosesan konkuren. Teknik ini meningkatkan kecepatan proses dengan cara memperbanyak jumlah modul perangkat keras yang dapat beroperasi secara simultan disertai dengan membentuk beberapa proses yang bekerja secara simultan pada modul-modul perangkat keras tersebut. Secara formal, pemrosesan paralel adalah sebuah bentuk efisien pemrosesan informasi yang menekankan pada eksploitasi dari konkurensi kejadian-kejadian dalam proses komputasi. Pemrosesan paralel dapat terjadi pada beberapa tingkatan (level) proses. Tingkatan tertinggi pemrosesan paralel terjadi pada proses di antara banyak job (pekerjaan) atau pada program yang menggunakan multiprogramming, time sharing, dan multiprocessing. Multiprogramming kemampuan eksekusi terhadap beberapa proses perangkat lunak dalam sebuah system secara serentak, jika dibandingkan dengan sebuah proses dalam satu waktu, dan timesharing berarti menyediakan pembagian selang waktu yang tetap atau berubah-ubah untuk banyak program. Multiprocessing adalah dukungan sebuah sistem untuk mendukung lebih dari satu prosesor dan mengalokasikan tugas kepada prosesor-prosesor tersebut. Multiprocessing sering diimplementasikan dalam perangkat keras (dengan menggunakan beberapa CPU sekaligus), sementara multiprogramming sering digunakan dalam perangkat lunak. Sebuah sistem mungkin dapat memiliki dua kemampuan tersebut, salah satu di antaranya, atau tidak sama sekali.

 

Distributed Processing

Mengerjakan semua proses pengolahan data secara bersama antara komputer pusat dengan beberapa komputer yang lebih kecil dan saling dihubungkan melalui jalur komunikasi. Setiap komputer tersebut memiliki prosesor mandiri sehingga mampu mengolah sebagian data secara terpisah, kemudian hasil pengolahan tadi digabungkan menjadi satu penyelesaian total. Jika salah satu prosesor mengalami kegagalan atau masalah yang lain akan mengambil alih tugasnya.

Parallel distributed computing dapat dibentuk dari :

- Ada : digunakan konsep pertemuan yang menggabungkan fitur RPC dan monitor.

- PVM (Parallel Virtual Machine) untuk mendukung workstation clusters.

- MPI (Message-Passing Interface) programming GUI untuk parallel computers.

 

Architectural Parallel Computer

Dalam taksonomi arsitektur paralel ada dua keluarga arsitektur paralel yang banyak diterapkan adalah: SIMD dan MIMD, dimana untuk mesin yang murni MISD tidak ada.

Arsitektur SIMD

Mesin SIMD secara umum mempunyai karakteristik sbb:

1. Mendistribusi proses ke sejumlah besar hardware
2. Beroperasi terhadap berbagai elemen data yang berbeda
3. Melaksanakan komputasi yang sama terhadap semua elemen data

Peningkatan kecepatan pada SIMD proporsional dengan jumlah hardware (elemen pemroses) yang tersedia.

Arsitektur MISD

Prosesor pipeline adalah prosesor MISD yang bekerja berdasarkan prinsip pipelining. Pada pipeline proses dapat dibagi menjadi beberapa tahap dan beberapa proses dapat dilaksanakan secara simultan.

Operasi pipeline dapat dilaksanakan secara siklus yaitu cyclic pipeline, dimana dapat dibagi dalam 5 tahap:

• Operasi baca (dari shared memories)

• Operasi transfer (memori ke elemen pemroses)

• Operasi eksekusi (di elemen pemroses)

• Operasi transfer (elemen pemroses ke memori)

• Operasi simpan (di shared memories)

Quantum Computer

Komputasi Kuantum

Komputasi kuantum adalah bidang studi difokuskan pada teknologi komputer berkembang berdasarkan prinsip-prinsip teori kuantum , yang menjelaskan sifat dan perilaku energi dan materi pada kuantum (atom dan subatom) tingkat. Pengembangan komputer kuantum , jika praktis, akan menandai lompatan maju dalam kemampuan komputasi jauh lebih besar daripada yang dari sempoa ke modern superkomputer , dengan keuntungan kinerja di alam miliar kali lipat dan seterusnya.

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.

Pengoperasian Data Qubit

Komputer kuantum, mengikuti hukum fisika kuantum, akan memperoleh kekuatan pengolahan yang besar melalui kemampuan untuk berada di beberapa negara, dan untuk melakukan tugas-tugas menggunakan semua kemungkinan permutasi secara bersamaa. Kini pusat penelitian di komputasi kuantum termasuk MIT, IBM, Oxford University, dan Los Alamos National Laboratory.

Komputer kuantum memelihara urutan qubit. Sebuah qubit tunggal dapat mewakili satu, nol, atau, penting, setiap superposisi quantum ini, apalagi sepasang qubit dapat dalam superposisi kuantum dari 4 negara, dan tiga qubit dalam superposisi dari 8. 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). Komputer kuantum yang beroperasi dengan memanipulasi qubit dengan urutan tetap gerbang logika quantum. Urutan gerbang untuk diterapkan disebut algoritma quantum.
Sebuah contoh dari implementasi qubit untuk komputer kuantum bisa mulai dengan menggunakan partikel dengan dua putaran menyatakan: “down” dan “up”. Namun pada kenyataannya sistem yang memiliki suatu diamati dalam jumlah yang akan kekal dalam waktu evolusi dan seperti bahwa A memiliki setidaknya dua diskrit dan cukup spasi berturut-turut eigen nilai , adalah kandidat yang cocok untuk menerapkan sebuah qubit. Hal ini benar karena setiap sistem tersebut dapat dipetakan ke yang efektif spin -1/2 sistem.

Quantum Gates

Quantum Gates / Gerbang Quantum merupakan sebuah aturan logika / gerbang logika yang berlaku pada quantum computing. Prinsip kerja dari quantum gates hampir sama dengan gerbang logika pada komputer digital. Jika pada komputer digital terdapat beberapa operasi logika seperti AND, OR, NOT, pada quantum computing gerbang quantum terdiri dari beberapa bilangan qubits, sehingga quantum gates lebih susah untuk dihitung daripada gerang logika pada komputer digital.

Algoritma Quantum Computing

Sampai saat ini telah dikemukaan dua algoritma baru yang bisa digunakan dalam sistem kuantum yaitu algoritma shor dan algoritma grover.

• Algoritma Shor

Algoritma yang ditemukan oleh Peter Shor pada tahun 1995. Dengan menggunakan algoritma ini, sebuah komputer kuantum dapat memecahkan sebuah kode rahasia yang saat ini secara umum digunakan untuk mengamankan pengiriman data. Kode yang disebut kode RSA ini, 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.
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.

• Algoritma Grover

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, dan untuk memecahkan masalah Collision.


Sumber :
chachados."Komputasi Kuantum". 2013. http://chachados.blogspot.co.id/2013/05/komputasi-kuantum.html diakses pada tanggal 23 April 2016
Ardiati Maya. "Artikel Quantum Computing dan Quantum Crypto". 2014. http://maya-ardiati-fst12.web.unair.ac.id/artikel_detail-117049-Prokom-Artikel%20Quantum%20Computing%20Dan%20Quantum%20Crypto.html. diakses pada tanggal 23 April 2016
Andini Pooja. "quantum computing dan crypto". 2014. http://pooja-andini-fst12.web.unair.ac.id/artikel_detail-116471-PROKOM-quantum%20computing%20dan%20crypto.html diakses pada tanggal 26 April 2016
Saputra Djuneardi. "Quantum Computing, Entanglement, Pengoprasian Data Qubit, Quantum Gates, Algoritma Shor". 2015. http://djuneardy.blogspot.co.id/2015/04/quantum-computing-entanglement.html diakses pada tanggal 26 April 2016
https://sukasayurasem.wordpress.com/2013/06/28/quantum-entanglement/