Yeni bir çağ: Kuantum Bilgisayarlar nedir?

Normal bilgisayarların yerini Kuantum Bilgisayarlar mı alacak? Ciddi anlamdaki farkları ne?

Yeni bir çağ: Kuantum Bilgisayarlar nedir?
Yeni bir çağ: Kuantum Bilgisayarlar nedir?

Klasik hesaplamanın faydalarını her gün yaşıyoruz. Ancak, bugünün sistemlerinin asla çözemeyeceği zorluklar var. Belli bir büyüklük ve karmaşıklığın üzerindeki problemler için, Dünya'da onlarla başa çıkacak yeterli hesaplama gücümüz yok. Bu sorunların bazılarını çözme şansına sahip olmak için, yeni bir bilgisayar türüne ihtiyacımız var.Peki buna çare olacak bu bilgisayarların kuantum fiziği ile alakası mı var? Normal bilgisayarların yerini bunlar mı alacak? Ciddi anlamdaki farkları ne?

Kuantum Bilgisayar

Şu anki kullandığımız bilgisayarların çok düşük özelliklere sahip olanları 1950’li yıllarda üretilmişti. Bundan kısa bir süre sonra ülkemize 1960 yılında sınırlarımız içerisinde “yaygın olarak üretilen ilk bilgisayar” IBM 650 bulunmaktaydı. Yıllar içerisinde her eve girmeyi iyi bir şekilde başarmıştı. Bu çağı atlatıyor gibi olmuştuk ve artık son günlerde kuantum bilgisayarları adını sıklıkla duymaya başladık.

Bir kuantum bilgisayar, veri üzerinde işlem yapmak için üst üste binme ve dolaşma gibi belirgin kuantum mekaniksel olaylarını doğrudan kullanan herhangi bir hesaplama aracıdır. Bir başka tanımla ise Bir kuantum bilgisayarı, kuantum mekaniğini kullanan bir bilgisayar türüdür; böylece belirli hesaplama türlerini normal bir bilgisayarın yapabileceğinden daha verimli şekilde gerçekleştirebilir.

Bildiğiniz üzere fizik alanında 20. yüzyıl başlarında büyük bir devrim oluştu. Bu sayede yaşadığımız evrenin çok ama çok garip yönleri olduğunu öğrendik. Kuantum mekaniği dediğimiz bu devrimle, bizim normal fizik kurallarımızın atom-altı evrenle pek uyuşmadığını gördük. Fizikçi Gerard't Hooft'un da bunla alakalı dediği gibi : "Ancak elektronlar için durum tamamen farklı. Onların davranışı bir sır perdesi arkasında saklanmış gibidir. Öyle görülüyor ki, elektronlar aynı ânda değişik yerlerde bulunabiliyorlar.

Elektronlar sanki bulut gibi, dalga gibi davranıyorlar. Bu hiç de ihmal edilecek bir şey değil. Yeterince hassas deneyler yapılırsa, tek bir elektronun, birbirlerinden oldukça uzak yörüngeler üzerinde aynı anda hareket ediyormuş gibi davrandığı gösterilebilir.”

İşte kuantum bilgisayarları dediğimiz şey de bu kanunlardan yararlanan ve o prensiplerle çalışan bilgisayar türleri. Klasik (veya geleneksel) bir bilgisayarda, bilgi "bit" olarak depolanır. Bu bitler sıfır ve birlerden oluşmaktadır.Rakamlar, metinler ve görüntüler gibi farklı bilgi türleri bu şekilde gösterilebilir. Bir kuantum bilgisayarında ise, "qubits" (kuantum bitleri) olarak depolanır.Her "qubit" sadece 1 veya 0 olarak değil aynı zamanda 1 ve 0 olarak da ayarlanabilir.

Kuantum hesaplamanın temel ilkesi, kuantum özelliklerinin verileri temsil etmek ve yapılandırmak için kullanılabileceği ve bu verilerle işlem yapmak için kuantum mekanizmalarının geliştirilebileceği ve oluşturulabildiğidir.

Bununla birlikte, kuantum mekaniğinin bir prensibi, atom altı parçacıkların tüm olası koşullarda veya durumlarda aynı anda mevcut olmasıdır. Parçacık, yalnızca “gözlemlendiğinde” bir duruma yerleşir. Bilgiyi ileten parçacıklar bir kerede birden fazla duruma sahip olduğu için, kuantum bitleri (kesitler) aynı anda hem kısmen sıfır hem de kısmen bir olabilir. Bu garip hibrit bitler temel olarak herhangi bir zamanda 0 ile 1 arasındaki herhangi bir yüzde değerini alabilir.

Etkili bir kuantum bilgisayar, bir hesaplamanın tüm olası sonuçlarını bir kerede hesaplar. Böyle bir güçle, kuantum bir bilgisayarın hemen hemen her şeyi hesaplanabilmesi için çok fazla zaman harcanmaz.

Kuantum bilgisayarlar normal olanların yapamadıklarını ne yapabilir?

Kuantum bilgisayarlar, mevcut bilgisayarlardan tamamen farklı prensiplerde çalışırlar; bu da çok büyük asal sayıları bulmak gibi belirli matematik problemlerini çözmek için onları gerçekten uygun kılar.

Asal sayılar kriptografide* çok önemli olduğu için, kuantum bilgisayarların çevrim içi bilgilerimizi güvende tutan sistemlerin çoğunu çabucak kırması olasıdır [Kriptografi ya da 'şifreleme' okunabilir durumdaki bir verinin içerdiği bilginin istenmeyen taraflarca anlaşılamayacak bir hale dönüştürülmesinde kullanılan yöntemlerin tümüdür.] Bu riskler nedeniyle araştırmacılar zaten kuantum hackine karşı dirençli bir teknoloji geliştirmeye çalışıyorlar.

Araştırmacılar ayrıca, karmaşık süper kimyasal reaksiyonları modellemek için kuantum bilgisayarları kullanma olasılığı konusunda heyecan duyuyorlar. Normal bilgisayarların hiç de iyi olmadığı bu konu için kuantum bilgisayarlar bir mucize olabilir .

Temmuz 2016’da, Google mühendisleri ilk kez bir hidrojen molekülünü simüle etmek için kuantum bir cihaz kullandılar ve IBM daha karmaşık moleküllerin davranışını modellemeyi başardı.

Sonunda araştırmacılar, tıpta kullanılmak üzere tamamen yeni moleküller tasarlamak için kuantum simülasyonlarını kullanabileceklerini umuyorlar. Ayrıca Hem teorik hem de pratik alanlardaki araştırmalar çılgınca bir hızda devam etmekte ve birçok ulusal hükumet ve askeri fon kuruluşu kriptanaliz gibi hem sivil hem de ulusal güvenlik amaçlı kuantum bilgisayarları geliştirmek için kuantum hesaplama araştırmalarını desteklemektedir. Büyük ölçekli kuantum bilgisayarlar inşa edilebilirse, bazı problemleri mevcut klasik bilgisayarlarımızdan herhangi birinden katbekat daha hızlı çözebilirler.

Kuantum bilgisayarlar ne kadar uzakta?

Yakın zamana kadar Google, konu geleneksel bilgisayarların yeteneklerini aşabilecek kuantum bir bilgisayar oluşturmaya geldiğinde önderlik ediyor gibiydi. Mart 2017'de yayınlanan bir Nature makalesinde , arama motoru devi önümüzdeki beş yıl içerisinde kuantum teknolojisini ticarileştirmek için iddialı planlar yaptı. Bundan kısa bir süre sonra, Google, 2017 yılının sonuna kadar 49-bitlik bir bilgisayarla 'kuantum üstünlüğü' olarak adlandırdığı bir şeyi elde etmek istediğini söyledi. Google’ın kuantum projesine kuşkuyla yaklaşanlar, Google tarafından sadece kendi kendini empoze eden hedeflere ulaştığında, kuantumda adım atıyormuş gibi görünmesini sağlamak için belirlenen keyfi bir amaç olduğunu savunuyorlar.

İlk transistör 1947'de tanıtıldı . İlk entegre devre 1958'de takip edildi . Intel'in ilk 2.500 transistörü olan ilk mikroişlemcisi 1971 yılına kadar gelmedi . Bu dönüm noktalarının her biri on yıldan uzun bir süreydi. İnsanlar kuantum bilgisayarların köşeyi döndüğünü düşünüyor, ancak tarih bu ilerlemelerin zaman aldığını gösteriyor. Bundan 10 yıl sonra birkaç bin litrelik bir kuantum bilgisayarımız varsa, bu kesinlikle dünyayı ilk mikroişlemcinin yaptığı gibi değiştirecek. Bazı kimseler 10 yıl uzakta olduğunu söylüyor. Bazıları sadece üç yıl ötede olduğunu söylüyor yani buna üretici firmaların hızları belirleyecek.

Kuantum hesaplamanın yapay zekanın gelişimi üzerindeki etkisi ne olabilir?

Tipik olarak, önerilen ilk kuantum algoritmaları güvenlik (kriptografi gibi) veya kimya ve malzeme modellemesi içindir.Bunlar, geleneksel bilgisayarlarla temelde anlaşılmaz olan sorunlardır. Bununla birlikte, kuantum bilgisayarları kullanarak makine öğrenmesi ve AI (Yapay Zeka) gibi şeyler üzerinde çalışan başlangıç ​​şirketleri ve üniversite gruplarının yanı sıra pek çok makale var.

AI geliştirme için zaman çerçevesi göz önüne alındığında, özellikle AI algoritmaları için optimize edilmiş geleneksel yongaların, teknoloji üzerinde kuantum yongalardan daha fazla etkiye sahip olmasını istenirdi. Ancak Yapay Zeka kuantum hesaplama için kesinlikle çantada keklik olacaktır.

Kaynaklara ek ileri okuma adresleri:

IBM: ibm.com/quantum-computing/learn/what-is-quantum-computing/
Wired: wired.co.uk/article/quantum-computing-explained
JsTor: daily.jstor.org/what-is-a-quantum-computer/
SA: scientificamerican.com/article/how-close-are-we-really-to-building-a-quantum-computer