Komputer dan Komunikasi Kuantum.

PROFIT-LINK QUANTUM ENERGY Q-LINK CARD.

Komputer dan Komunikasi Kuantum.

Kelemahan Gambaran Klasik.

Stephen Hawking menjelaskan dalam bukunya The Grand Design, yang ditulisnya bersama Leonard Mlodinow, dan diterbitkan pada tahun 2010, bahawa teori kuantum muncul disebabkan terdapat kelemahan gambaran klasik yang tidak dapat menerangkan lakuan yang diperhatikan pada skala mikroskopik. Teori kuantum dapat meramalkan dengan rinci lakuan pada skala mikroskopik dan ini sudah dibuktikan melalui eksperimen. Sebuah contoh gambaran klasik itu adalah teori mekanik klasik Newton, ia dapat menerangkan secara rinci pada skala makroskopik bagaimana setiap objek mengalami tarikan daya graviti dan jatuh ke bumi. Ia tidak tinggal terapung di udara. Tetapi teori Newton yang sama tidak pula dapat menjelaskan kenapa tarikan graviti tidak berfungsi apabila melibatkan objek-objek pada skala mikroskopik. Oleh kerana itulah, teori kuantum dibina bagi menjelaskan lakuan objek-objek pada skala mikroskopik, iaitu yang tidak dapat dijelaskan oleh gambaran klasik.

Atom dan Teori Kuantum 

Allah berkata, “Tiada sesuatu di bumi dan di langit, walaupun seberat sebiji atom, tersembunyi daripada Tuhanmu. Tidak juga ada sesuatu yang lebih kecil atau ringan daripada atom, dan yang lebih besar atau berat daripada atom yang tersembunyi daripada-Nya. Semuanya tertulis dalam Buku Yang Jelas.” (Surah Yunus Ayat 61)

Pengetahuan tentang skala mikroskopik dan teori kuantum bermula dengan atom. Teori atom bermula apabila Aristotle, seorang saintis Yunani, dan juga saintis India purba mempercayai bahawa atom adalah sekecil-kecil unit bahan yang tidak dapat dibahagikan lagi. Sementara itu, pada kurun ke-13, Jabir Ibn Hayyan pula mengemukakan teori bahawa atom secara prinsipnya dapat dibahagikan lagi kepada unit subatomik tetapi beliau tidak memberi bukti daripada eksperimen. Penulis berpendapat bahawa Jabir sudah Ibn Hayyan sudah mencetuskan idea tentang teori ini apabila beliau merujuk kepada ayat al-Quran di atas. Teori Jabir Ibn Hayyan itu ditentang oleh kebanyakan saintis sezaman dengan beliau. Perbalahan itu berterusan merentas beberapa kurun berikutnya. Namun, suatu penghargaan terhadap teori Jabir Ibn Hayyan datang daripada Newton sendiri, apabila beliau menggunakan teori Jabir Ibn Hayyan itu bagi menyokong teori cahaya beliau pada kurun ke-17.

Pada kurun ke-17 pula, pengasas teori atom moden, iaitu John Dalton,  mengatakan setiap elemen terdiri daripada atom-atom tunggal dan unik. Atom-atom ini dapat bergabung bagi membentuk sebatian kimia. Pada kurun ke-19, J. J. Thomson pula menemui elektron. Beliau membuktikan melalui eksperimen bahawa teori yang dikemukakan oleh Jabir Ibn Hayyan pada kurun ke-13 itu adalah benar.

Dalam perkembangan seterusnya, proton dan neutron juga ditemui. Ilmu atom moden mengatakan bahawa sebuah atom mempunyai tiga partikel asas iaitu elektron, proton dan neutron. Perkara ini sudah dijelaskan dalam al-Quran. Elektron dan proton disebut sebagai partikel bercas, sebab mereka masing-masing membawa cas negatif dan positif,  manakala neutron pula adalah neutral. Proton dan neutron membentuk nukleus atom dan elektron mengelilingi nukleus dalam bentuk orbit lonjong. Ilmu atom moden inilah yang menjadi asas kepada teori kuantum yang kita bincangkan sekarang.

Pada awal kurun ke-20, saintis Erwin Schrödinger pula mengatakan partikel bercas dimodelkan sebagai berlakuan seperti lakuan gelombang. Oleh sebab partikel bercas berlakuan seperti gelombang, maka kita dapat menggunakan osiloskop bagi melihat gelombang-gelombang yang mewakili lakuan elektron dan proton. Contohnya kita melihat gelombang arus elektrik pada osiloskop. Sebenarnya gelombang tersebut mewakili pergerakan elektron dan proton dalam konduktor.

Kaitan Teori Kuantum dengan Komunikasi Komputer

Apakah kaitan antara teori kuantum dengan sistem komputer itu juga komunikasi? Bagi menjawab soalan ini, kita perlu kembali kepada asas perwakilan maklumat dalam sistem komputer dan komunikasi klasik. Kita mewakilkan maklumat melalui dua keadaan berasaskan aras gelombang voltan atau pengaliran gelombang arus elektrik. Gelombang-gelombang ini mewakili lakuan elektron dan proton pada skala subatomik. Asas paling mudah adalah dengan mewakilkan +5 Volt untuk logik 1 dan 0 Volt untuk logik 0. Jikalau arus elektrik sebanyak 1 mA diperlukan bagi mewakili logik 1 dengan lebar denyut 1 ms, maka kita akan mendapati bahawa jumlah elektron yang diperlukan adalah sebanyak 6 Giga (109) lebih (Jumlah elektron =  dq/e = Idt/e di mana e = 1.602176565×10−19 Coulomb). Jelaslah, bahawa, sama ada kita sedari atau tidak, sistem komputer dan komunikasi klasik itu sudah sedia beroperasi dengan menggunakan teori kuantum, sebab perwakilan maklumat sudah diwakili oleh subatomik partikel iaitu elekron dan proton.

Apa gunanya kita berbincang tentang sistem komputer dan komunikasi kuantum sekarang? Perhatikan dengan 6 Giga elektron, kita dapat mewakilkan sebanyak 6 Giga logik 1 dan 6 Giga logik 0 dalam sistem kuantum berbanding dengan hanya satu sahaja logik 1 dalam sistem klasik. Ini bermakna sistem kuantum dapat mewakilkan maklumat sebanyak 12 Gigabit berbanding dengan 1 bit sahaja yang dapat diwakilkan oleh sistem klasik. Bagaimanakah ini menjadi mungkin? Setiap elektron dalam sistem kuantum, dapat mewakili dua atau lebih jikalau kita mengambil kira keadaan foton, iaitu logik bagi mewakilkan maklumat.

Foton adalah unit asas cahaya dan semua bentuk radiasi elektromagnetik dan kajian interaksi foton disebut elektrodinamik kuantum. Electrodinamik kuantum adalah kajian tentang partikel bercas dan bagaimana interaksi antara mereka dibantu oleh foton. Asas kepada subjek ini adalah elektrodinamik klasik, mekanik kuantum, teori kumpulan, dan teori relativiti umum dan khas.

Logik 1 direkodkan apabila elektron melompat ke orbit yang lebih tinggi iaitu dalam keadaan teruja dan logik 0 direkodkan apabila elektron melompat ke orbit yang lebih rendah, iaitu dalam keadaan bumi.

Dapatlah dilihat bahawa kedua-dua sistem memanipulasi keadaan dan jumlah elektron bagi merekodkan maklumat tetapi pada skala yang berbeza. Sistem klasik memanipulasi keadaan elektron pada skala makroskopik bagi mendapatkan aras voltan tertentu bagi mewakili logik tertentu. Sistem kuantum pula memanipulasi keadaan elektron pada skala subatomik, atau mikroskopik, bagi mewakili logik tertentu.

Perbezaan ketara adalah bagaimana sistem kuantum menjadi lebih efisien dalam memanipulasi keadaan dan jumlah elektron bagi mendapatkan jumlah perwakilan logik yang sangat menakjubkan.

Teknologi kuantum ini akan mengubah kaedah jumlah maklumat yang besar diwakili, disimpan dan dihantar dengan sepantas kilat oleh sistem komputer dan komunikasi kita pada masa hadapan. Jikalau pada masa ini kita mempunyai kelajuan rangkaian komputer klasik pada 100 Gigabit per saat, tidak mustahil dalam masa 5 atau 10 tahun lagi kita akan mempunyai kelajuan rangkaian komputer kuantum 100 kali lebih laju daripada itu atau dapat diramalkan sebagai 10,000 Gigaqubit per saat. Quantum Bit, adalah istilah untuk bit pada skala kuantum.

Suatu Revolusi

Realisasi teori kuantum ke dalam sistem komputer dan komunikasi nampaknya sudah menimbulkan topik-topik kajian yang sangat menarik bagi diselesaikan. Topik-topik kajian seperti kriptografi kuantum (Quantum Cryptography) dan pembetulan ralat kuantum (Quantum Error Correction ) sudah mendominasi tahun-tahun awal pengenalan pengkomputeran kuantum di samping penyelesaian popular terhadap masalah pemfaktoran nombor asli oleh algoritma Shor(http://en.wikipedia.org/wiki/Shor%27s_algorithm). Kriptografi kuantum memanipulasi keadaan-keadaan kuantum bagi membenarkan penghantaran maklumat dengan selamat manakala pembetulan ralat kuantum pula mencuba mengatasi masalah hingar yang wujud akibat ralat fasa dan pemancaran foton palsu. Dalam tahun-tahun berikutnya, muncul pula kajian-kajian baharu berkaitan teleportasi kuantum (Quantum Teleportation ) melibatkan penghantaran maklumat kuantum. Penghantaran maklumat memerlukan medium dan saluran, dan dengan itu muncullah kajian mendalam tentang saluran kuantum (Quantum Channel ). Pada awal tahun ini pula beberapa kumpulan penyelidikan berjaya mereka bentuk antena kuantum (Quantum Antenna ). Evolusi sistem kuantum ini akan berterusan sehinggalah sistem itu mencapai tahap kematangan teknologinya.

Revolusi sistem komputer dan komunikasi kuantum baru sahaja bermula dan penulis menjangkakan revolusi ini dapat mengubah cara hidup manusia global untuk tahun-tahun mendatang. Seperti juga sistem klasiknya, terutama sekali melalui gajet-gajet bijak seperti telefon bimbit dan aplikasi Internet, seperti laman Facebook, sudah mengubah cara hidup dan cara berfikir manusia. Juga, seperti yang dapat kita lihat berlaku baru-baru ini, dengan kebangkitan musim bunga Arab di Timur Tengah dan perjuangan menentang kapitalis tamak di seluruh dunia.

Biodata Ringkas Penulis

Penulis adalah penuntut PhD di Makmal Angström Universiti Uppsala Sweden di dalam jurusan kejuruteraan elektrik dan elektronik. Penulis sedang mengkaji kesan radiasi elektromagnet daripada proses dan subproses kilat ke atas daya pemprosesan rangkaian komputer tanpa wayar.

Penghargaan

Penulis merakamkan setinggi-tinggi penghargaan di atas kesudian  Prof. Emeritus Abdullah Hassan dan anakanda beliau saudari Ailin Abdullah meluangkan masa menyemak artikel ini. Semoga artikel ini bermanfaat untuk masyarakat keseluruhan hendaknya dan dihitung sebahagian daripada amal kebaikan.

– SUMBER : http://www.majalahsains.com

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s