Jurnal Fisika Indonesia

Kajian Komputasi Algoritma Kuantum Quantum V ariational Eigensolver untuk Simulasi Molekul H2

M Sidik Augi Rahmat, Pekik Nurwantoro

Published Apr 7, 2020• 4 citations

Abstract

Telah dilakukan telaah teoritis dan komputasi mengenai algoritma kuantum variational quantum eigensolver simulasi molekul H2. Algoritma variational quantum eigensolver (VQE) adalah salah satu algoritma yang dapat diterapkan pada komputer kuantum sederhana pada masa kini dan merupakan algoritma yang cukup stabil dan efek dekoherensi. Algoritma VQE disebut sebagai hybrid quantum-classical karena sebagian algoritma dikerjakan pada komputer klasik. Prinsip dasar algoritma VQE adalah prinsip variasi, yaitu pencarian fungsi gelombang yang akan mengakibatkan energi sistem kuantum memiliki energi terendah. Fungsi gelombang dan Hamiltonan pada algoritma VQE disimulasikan dengan menggunakan gerbang-gerbang kuantum. Untuk dapat dioperasikan oleh gerbang kuantum. Hamiltonan dan fungsi gelombang pada penelitian ini menggunakan wakilan kuantisasi kedua. Penelitian ini menggunakan transformasi Jordan-Wigner dan Bravyi-Kitaev dari operator fermionik menjadi operator kubit (qubit) atau gerbang kuantum.Perhitungan atau komputasi energi sistem dilakukan menggunakan komputer kuantum, namun optimasi dilakukan pada komputer klasik menggunakan algoritma optimasi seperti Nelder-Mead, Powell dan BFGS. Penelitian ini akan mendekati fungsi gelombang sistem dengan beberapa basis fungsi dan metode, kemudian dari hasil yang diperoleh akan dilihat pendekatan seperti apa yang paling cocok untuk simulasi molekul H2. Simulasi numerik pada penelitian ini menggunakan paket pemrograman OpenFermion dan layanan komputasi awan kuantum Rigetti Computing.

DOI: 10.22146/jfi.v24i1.52011

Related papers

Penerapan Algoritma Kuantum Variational Quantum Eigensolver (VQE) untuk Menentukan Energi Keadaan Dasar Dimer Helium

Nanik Andelita, I Wayan Sudiarta, Dian Wijaya Kurniawidi

Perkembangan teknologi informasi, komputasi dan ilmu fisika, khususnya fisika kuantum, diharapkan dapat melahirkan teknologi baru yang berguna untuk mewujudkan komputer kuantum sebagai komputer masa depan. Pada penelitian ini, algoritma kuantum telah diterapkan Variational Quantum Eigensolver (VQE) untuk menghitung energi keadaan dasar molekul dimer helium (He2). Komputasi menggunakan algoritma kuantum VQE dikerjakan dalam bahasa pemrograman Python dengan modul Qiskit. Untuk memastikan program algoritma kuantum VQE telah bekerja dengan baik pada sistem molekul, validasi program dilakukan terlebih dahulu untuk kasus molekul hidrogen ( ). Hasil validasi program pada molekul menunjukkan hasil yang sesuai dengan metode diagonalisasi dan literatur. Energi keadaan dasar molekul He2 yang diperoleh dengan metode algoritma VQE yaitu sebesar −5,74032590 pada jarak equilibrium 2,3 Å

Jurnal FisikaNov 29, 20211 citation

Implementasi Algoritma Kuantum Shor untuk Pemfaktoran Perkallian Bilangan Prima

Adjie Wahyu Wicaksono

Komputasi kuantum adalah penggunaan fenomena kuantum untuk melakukan komputasi. Salah satu kegunaan dari komputasi kuantum adalah pemfaktoran perkalian bilangan prima. Algoritma pemfaktoran Shor dapat memfaktorkan bilangan prima dengan kecepatan polinomial, dimana pada komputer klasik hanya dapat mencapai kecepatan super-polinomial. Implementasi dari algoritma ini ditujukan untuk menunjukkan kemampuan komputer kuantum menggunakan simulator dan library Python milik ProjectQ. Evaluasi user time dilakukan dengan membandingkan implementasi algoritma kuantum Shor pada penelitian ini dengan implementasi di Quantum Computing Playground dan ProjectQ menggunakan dua perangkat keras berbeda. Hasil evaluasi menunjukkan peningkatan waktu eksekusi sebesar 19% dari perangkat 1 ke perangkat 2 untuk kasus pemfaktoran perkalian bilangan berukuran 10-bit. Dalam hal penggunaan qubit, penelitian ini juga menunjukkan bahwa penggunaan qubit pada algoritma kuantum Shor dapat dikurangi sebesar 50% untuk membantu mempercepat waktu eksekusi program.

Jan 1, 20190 citations

ALGORITMA DEUTSCH-JOZSA BERBASIS NMR 3 QUBIT

Yohanes Dwi Saputra

Komputer klasik yang beroperasi pada dua keadaan sekarang ini masih dirasa kurang efisien karena ada beberapa persoalan yang belum bisa diselesaikan. Bertolak dari pemikiran Richard Feynmann dan David Deutsch, diperlukan komputer yang bekerja berdasarkan prinsip-prinsip mekanika kuantum yang berbasis dua keadaan juga. Beberapa penelitian membuktikan bahwa algoritma-algoritma kuantum mampu menyelesaikan beberapa persoalan yang belum bisa diselesaikan oleh komputer klasik secara efisien. Komputer kuantum berbasis NMR diperkenalkan sebagai prototipe pertama dari sistem fisis dimana algoritma kuantum berskala kecil dapat dijalankan. Akan tetapi banyak jurnal penelitian telah membahas hasil eksperimen tanpa disertai perhitungan secara terperinci hingga dimunculkannya spektrum absorpsi. Tesis ini bertujuan untuk mengkaji perhitungan matematis mengenai algoritma Deutsch-Jozsa 3 qubit pada sistem fisis NMR. Hasilnya terbukti bahwa algoritma ini dapat diterapkan secara teoritis.

Nov 12, 20150 citations

EKSPLORASI KAPASITAS PENGKODEAN AMPLITUDO UNTUK MODEL QUANTUM MACHINE LEARNING

Rabiatul Adawiyah, Munifah Munifah

Komputasi kuantum melakukan perhitungan dengan menggunakan fenomena fisik dan prinsip mekanika kuantum untuk memecahkan masalah. Bentuk komputasi ini secara teoritis telah terbukti memberikan percepatan pada beberapa masalah pemrosesan modern. Perkembangan baru dalam teknologi kuantum mulai bermunculan, dan penerapan model pembelajaran untuk perangkat baru ini terus berkembang. Dengan banyak antisipasi pemanfaatan fenomena kuantum di bidang Machine Learning telah menjadi jelas. Penelitian ini mengembangkan model kerangka kerja perangkat lunak TensorFlow Quantum (TFQ) untuk tujuan machine learning. Kedua model yang dikembangkan memanfaatkan teknik pengkodean informasi dari pengkodean amplitudo untuk penyusunan keadaan dalam model pembelajaran kuantum. Tujuan dari penelitian ini adalah mengeksplorasi kapasitas pengkodean amplitudo untuk menyediakan persiapan keadaan yang diperkaya dalam metode pembelajaran dan analisis mendalam tentang properti data yang memberikan wawasan tentang data pelatihan menggunakan Variational Quantum Classifier (VQC). Munculnya metode baru ini menimbulkan pertanyaan tentang cara terbaik menggunakan alat ini, tujuannya adalah untuk memberikan beberapa penjelasan ikhtisar untuk keadaan machine learning kuantum yang dapat diterapkan mengingat kendala perangkat yang sebenarnya. Hasil penelitian ini menunjukkan ada keuntungan yang jelas untuk menggunakan pengkodean amplitudo dibandingkan metode lain seperti ditunjukkan menggunakan jaringan saraf klasik kuantum hibrid di TFQ. Selain itu, ada beberapa langkah prapemrosesan yang dapat menghasilkan lebih banyak data kaya fitur saat menggunakan VQC, pada dasarnya teorema makan siang tidak gratis berlaku untuk metode pembelajaran kuantum seperti halnya dalam teknik klasik. Informasi meskipun dikodekan dalam bentuk kuantum tidak mengubah langkah-langkah penyiapan data tetapi melibatkan cara-cara baru untuk memahami dan mengapresiasi metode-metode baru ini. Pekerjaan masa depan di bidang ini akan membutuhkan perluasan ke dalam teknik klasifikasi multikelas yang cukup dikembangkan untuk dapat diterapkan dalam pekerjaan seperti ini.

Informatika Jurnal Teknik Informatika dan MultimediaMay 19, 20234 citations

Penyelesaian Persamaan Schrödinger Potensial Shape -Invariance Dengan Faktor Sentrifugal Menggunakan Metode Supersimetri Mekanika Kuantum (SUSYQM)

Heti Marini

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan spektrum energi dan fungsi gelombang beberapa potensial shape invariance dengan faktor sentrifugal, yaitu potensial Kratzer, potensial Morse, dan potensial Manning Rosen menggunakan metode Supersimetri Mekanika Kuantum (SUSYQM). Penelitian ini merupakan studi literatur untuk menyelesaikan persamaan Schrodinger potensial Kratzer, potensial Morse, dan potensial Manning Rosen dengan faktor sentrifugal secara analitik. Spektrum energi dan fungsi gelombang diperoleh melalui penyelesaian persamaan Schrodinger menggunakan metode Supersimetri Mekanika Kuantum (SUSYQM), dimana spektrum energi ditentukan dengan menggunakan metode Operator Supersimetri dan metode Kuantisasi Supersimetri-WKB (SWKB), sedangkan Fungsi gelombang ditentukan dengan menggunakan metode Operator Supersimetri. Penentuan spektrum energi dengan metode operator supersimetri dilakukan dengan menggunakan sifat shape invariance, dan penentuan spektrum energi dengan metode kuantisasi SWKB dilakukan dengan menggunakan formula kuantisasi SWKB untuk kondisi simetri yang baik (unbroken symetry). Sedangkan persamaan fungsi gelombang tingkat dasar ditentukan menggunakan sifat dari operator penurun, dan untuk fungsi gelombang tingkat ke-n ditentukan dengan mengoperasikan operator penaik terhadap gelombang dasar. Spektrum energi dari potensial Kratzer, potensial Morse, dan potensial Manning Rosen dengan faktor sentrifugal yang ditentukan dengan menggunakan metode operator supersimetri hasilnya sama dengan spektrum energi dari potensial-potensial tersebut yang ditentukan dengan menggunakan metode SWKB. Spektrum energi dan fungsi gelombang untuk potensial Kratzer dapat ditentukan secara eksak untuk setiap bilangan kuantum orbital l, sedangkan untuk potensial Morse dan potensial Manning Rosen hanya dapat ditentukan secara eksak pada bilangan kuantum orbital l=0, sedangkan untuk bilangan kuantum 𝑙≠0 baik spektrum energi maupun fungsi gelombangnya hanya dapat ditentukan dengan cara pendekatan. Kata Kunci: Persamaan Schrodinger,

Jan 1, 20120 citations

Membangun Komputer Kuantum dengan Foton: Algoritma Simulasi Sistem Kuantum Optik Linier

Ramadian Ridho Illahi, I Wayan Sudiarta, Marzuki Marzuki +2 more

Evolusi keadaan kuantum pada foton di dalam sistem optik linier memiliki aplikasi yang beragam, mulai dari eksperimen kuantum optik mendasar hingga tingkat lanjut untuk pemrosesan informasi kuantum. Penelitian ini bertujuan untuk menyusun algoritma simulasi yang berfokus pada pemodelan elemen optik sebagai salah satu cara untuk mempelajari perilaku keadaan kuantum pada foton. Implementasi perhitungan komputasi kuantum dengan optik linier telah dikembangkan sebagai bagian dari simulasi dalam penelitian ini. Konfigurasi jaringan kuantum dilakukan dengan memodelkan komponen optik, seperti pembagi sinar, pemindah fase, dan hubungan antar komponennya melalui sejumlah wakilan matriks. Hasil pengukuran dinyatakan dalam distribusi kebolehjadian, dengan mempertimbangkan efek elemen optik yang dilewati oleh foton. Simulasi ini mampu melakukan perhitungan untuk jaringan kuantum dasar dengan keadaan kuantum awal tertentu. Melalui simulasi ini, kita dapat mendefinisikan jaringan kuantum dan mengimplementasikan algoritma kuantum melalui cara yang intuitif dengan menggunakan instruksi sederhana.

BULETIN FISIKASep 4, 20240 citations