Kuantum ve Bilişim(1/3)-Kuantum Bilgisayarı Nedir?

Çevirmen: Şevval Akçakaya

Editör: Bilge Dal

/* Üç yazıdan oluşan kuantum ve bilişim dizgesini okumaktasınız. Birinci yazı kuantum bilgisayarlarına giriş ve temel kavramlar üzerine. İyi okumalar!*/

Kuantum Bilgisayarı Nedir?

*Nasıl çalışır, neden çok güçlüdür ve ilk nerede kullanılma ihtimali vardır?

Bir kuantum bilgisayarı, bilgiyi işlerken büyük adımlar atabilmek için kuantum mekaniğiyle ilgili bazı mistik fenomenleri dizginler. Kuantum makineler, bugünün ve yarının en güçlü süperbilgisayarlarını bile geride bırakmayı hedefliyor. kuantum Kuantum

Yine de geleneksel bilgisayarları tümden silip atmayacaklar. Çünkü birçok sorunda klasik makineleri kullanmak hala en kolay ve en ekonomik çözüm olarak kalacak. Fakat kuantum bilgisayarları, malzeme biliminden eczacılık çalışmalarına kadar birçok alanda heyecan verici gelişmelere güç sağlamayı hedefliyor. Şirketler, elektrikli arabalar için daha hafif ve güçlü bataryalar, yeni ilaçların üretimi gibi konularda kuantum bilgisayarları kullanarak deney yapmaya çoktan başladı bile.

Bir kuantum bilgisayarın gücünün sırrı, onun kuantum bitleri, ya da kübitleri, üretme ve işlemedeki gücünde yatıyor.

Kübit Nedir?

Günümüz bilgisayarları 1 ve 0’ları simgeleyen elektrik ya da optik atımların akışı olan bitleri kullanır. Tweetlerinizden e-postalarınıza, iTunes şarkılarınızdan YouTube videolarınıza kadar her şey temelde bu ikili sayıların uzun dizilerinden oluşur.

Bunun yanı sıra kuantum bilgisayarları, esasen elektron ve fotonlar gibi atomaltı parçacık olan kübitleri kullanırlar. Kübitleri üretmek ve yönetmek, bilimsel ve mühendislik açısından zorlu bir mücadele. IBM, Google, Rigetti Computing gibi bazı şirketler, derin uzaydan daha soğuk derecelere kadar soğutulmuş süper iletken çemberler kullanıyor. IonQ gibi diğerleri, ulta yüksek vakum haznelerindeki bir silikon çipi üzerindeki elektromanyetik alanda, atomları tek tek hapsediyor. Her iki durumda da amaç, kübitleri, kontrollü kuantum durumunda izole etmek.

Kübitlerin, birkaç tanesinin bir araya geldiğinde aynı sayıda ikili diziden çok daha fazla güç üretmesi gibi acayip kuantum özellikleri var. Bu özelliklerden biri de süperpozisyon, diğer adıyla dolanıklık.

Süperpozisyon Nedir?

Kübitler, 0 ve 1’lerin çok fazla muhtemel kombinasyonunu aynı anda temsil edebilir. Bu aynı anda birçok yerde olma kabiliyeti, süperpozisyon olarak adlandırılıyor. Araştırmacılar kübitleri süperpozisyona sokabilmek için, hassas lazerler veya mikrodalga ışınları kullanarak onları işliyorlar.

 

Bu mantık dışı fenomen sayesinde süperpozisyonda birkaç kübiti olan bir kuantum bilgisayar, birçok potansiyel sonucu aynı anda ortaya çıkarıyor. Bir hesaplamanın nihai sonucu ancak kübitlerin ölçülmesiyle doğar ve bu da onların kuantum durumlarının anında 1 veya 0’a “çökmesine” yol açar.

Dolanıklık Nedir?

Araştırmacılar, birbirine dolanık, yani iki tanesinin de aynı kuantum durumunda olduğu, bir çift kübit üretebilir. Bu kübitlerinin birinin durumunu değiştirmek, tahmin edilebileceği gibi diğerininkini de değiştirir. Bu, uzun mesafelerce bölünmüş olsalar dahi gerçekleşir.

Kimse dolanıklığın neden veya nasıl gerçekleştiğini tam anlamıyla bilmiyor.

Bu konudaki ünlü deyişi “belli bir uzaklıktaki acayip olay” olan Einstein’ın bile bu konuda kafası karışıyordu. Ama bu, kuantum bilgisayarların gücünün anahtarı. Geleneksel bir bilgisayarda bitlerin sayısını ikiye katlamak, ürettiği gücü de ikiye katlar. Ancak dolanıklık sayesinde, bir kuantum makinesine fazladan kübit eklemek üretim becerisine üslü bir artış getirir.

Kuantum bilgisayarlar dolanıklı kübitleri, sihirlerinin ortaya çıkması adına bir çeşit papatya tacı gibi kullanır. Potansiyelleri hakkında bu kadar çok dedikodu olmasının sebebi, bu makinelerin özel dizayn edilmiş kuantum algoritmaları sayesinde, hesaplamaları hızlıca yapabilme kabiliyetleri yüzünden.

Bu iyi haber. Kötü haber ise, kuantum makinelerin uyumsuzluktan ötürü klasik bilgisayarlara oranla hataya daha yatkın olması.

Uyumsuzluk Nedir?

Kübitlerin çevreyle, kuantum davranışlarının yavaşça çürümesi ve sonunda kaybolmasına yol açan etkileşimleri, uyumsuzluk olarak adlandırılıyor. Kuantum durumları olağanüstü narin. En küçük titreşim ya da sıcaklık değişimi -kuantum dilinde “gürültü” denen sorunlar-, işleri bitmeden süperpozisyondan çıkmalarına neden olabilir. Bu yüzden araştırmacılar süper soğuk buzdolaplarında ya da vakum haznelerinde kübitleri koruyabilmek için ellerinden geleni yapıyor.

Ama bu çabalarına rağmen, gürültü, hesaplamalara sızabilecek birçok hataya neden oluyor. Akıllı kuantum algoritmaları bunlardan bazılarını telafi edebiliyor ve fazladan kübit eklemek de buna yardımcı oluyor. Ancak, tek bir güvenilir kübit yaratmak yüksek ihtimalle binlerce standart kübit götürecek.

Bu çok fazla kuantum bilgisayarın hesaplama kapasitesini bitirecek.

Ve zorluk şurada: araştırmacılar şimdiye kadar 128’den daha fazla standart kübit üretmeyi başaramadılar. Yani, kuantum bilgisayarların yaygın bir şekilde işe yaradığı dönemden yıllarca uzaktayız.

Bu, öncülerin “kuantum üstünlüğü”nü ispat etme umudunu çürütemedi.

Kuantum Üstünlüğü Nedir?

Bir kuantum bilgisayarın, en güçlü süper bilgisayarın bile çözmesi mümkün olmayan bir matematiksel hesaplamayı yapabildiği noktadır.

Bunu başarabilmek için tam olarak kübite ihtiyaç duyulacağı hala net değil çünkü araştırmacılar, klasik makinelerin performanslarını artıracak yeni algoritmalar bulmaya, ve süper bilgisayar donanımları daha da iyileştirmeye devam ediyor. Fakat araştırmacılar, dünyanın en güçlü süper bilgisayarlarına karşı testler sürdürerek bu konuda mülkiyet iddia edebilmek için çok çalışıyor.

Araştırma dünyasında, bu dönüm noktasını aşmanın ne kadar önemli olduğuyla ilgili tartışmalar var. Üstünlüğün ispatını beklemektense, şirketler; IBM, Rigetti, D-Wave (Kanada firması) gibi şirketlerin ürettiği kuantum bilgisayarlarla deneyler yapmaya başladı bile. Alibaba gibi Çinli firmalar da kuantum makinelere erişim sunuyor. Bazı işletmeler kuantum bilgisayarları satın alırken, bazıları ise bulut bilişim sistemleri sayesinde erişime açık olanları kullanıyor.

Bir Kuantum Bilgisayarın İlk Nerede Kullanılma İhtimali Vardır?

Kuantum bilgisayarların en ümit verici uygulamalarından biri de; maddenin davranışlarını, moleküler seviyeye kadar simüle edebilmesi. Volkswagen ve Daimler gibi otomotiv üreticileri, elektrikli cihaz baterilerinin performanslarını artırabilmek için, kimyasal içeriklerini simüle eden kuantum bilgisayarları kullanıyor. Ayrıca ilaç endüstrisi de onları, içerikleri analiz edip karşılaştırma yaparak yeni ilaçların üretilmesine yardımcı olacak şekilde güçlendiriyor.

Makineler problem optimizasyonu için de harikalar çünkü yüksek rakamda potansiyel çözümü olağanüstü hızlı şekilde gözden geçirebiliyor. Örneğin Airbus, uçaklar için en yakıt dostu yükselme ve alçalma yollarını hesaplamak için kuantum bilgisayarları kullanıyor. Yanı sıra, Volkswagen, trafiği minimize etmek için şehir içerisinde otobüsler ve taksilere alternatif yollar hesaplayan bir servisi açığa çıkardı. Bazı araştırmacılar bu makinelerin, yapay zekayı hızlandırmak için kullanılabileceğini de düşünüyorlar.

Kuantum bilgisayarların tüm potansiyellerine erişebilmek birkaç yıl alabilir. Üzerlerinde çalışan üniversite ve işletmeler, bu alanda yetenekli araştırmacı, ve bazı elzem içeriklerin tedarikçilerini bulmakta zorlanıyor.  Fakat eğer bu yeni egzotik hesaplama makineleri vaatlerine ulaşırsa, bütün endüstriyi değiştirebilir ve global inovasyona kapı açabilir.

Kaynak:

Giles, Martin, and Martin Giles. “Explainer: What Is a Quantum Computer?” MIT Technology Review. MIT Technology Review, 12 July 2019. Web. 13 July 2019.

You may also like...

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir