Gelişen Teknolojinin Zirvesi: Kuantum Bilgisayarlar
Gelişen Teknolojinin Zirvesi: Kuantum Bilgisayarlar- Kuantum bilgisayar fikri 1981 senesinde Paul Beniof tarafından, Max Planck’ın enerjinin sürekli olmadan kesikli değerlerde yer alan m, n, k enerji kuantlarıyla salındığı düşüncesinin teoriye dönüştürülmesiyle elde edildi.
Bu bilgisayarlar enerjiyle maddeyi birlikte ele alarak, atom ve atom altı dengesinin de altında ifade etmeyi kuantum teorisinin ana ilkeleri çerçevesinde amaç ediniyor. Bu yüzden de kuantum bilgisayarlar, bilinen bilgisayarların aksine daha zorlu işlemleri tek başına ve mükemmel bir hızla yapabiliyor.
Kuantum Bilgisayarların Çalışma Mantığı
Kuantum bitlerin (kubit) fiziksel uygulamalarından biri olan kuantum bilgisayarların çalışma prensibi genel olarak atom altı parçacıkların kuantum süperpozisyonuna ve kuantum dolanıklığına dayanıyor. Süperpozisyon özelliği sayesinde kubitlere kodlanabilecek bilgi miktarı üssel (exponential) olarak artıyor. Klasik işlemcilerde bilgi tek tek işlenirken (her olasılık ayrı ayrı denenirken) kuantum bilgisayarlarda süperpozisyonlar ve dolanıklıklar paralel olarak aynı anda manipüle edilebiliyor.
IBM halihazırda herkese açık bir şekilde kuantum bilgisayarına bulut erişimi sağlıyor. Burada, kuantum devreleri oluşturmanıza ve bunları gerçek kuantum bilgisayarında çalıştırmanıza izin veriyor.
Vezüv Kuantum Bilgisayarları
Kuantum bilgisayar teknolojisinin işlemci gücünün en fazla ulaştığı bilgisayarlar Vezüv kuantum bilgisayarları. Bu bilgisayarlar yaklaşık 512 kubit işlemci hızla çalışıyor. 2 üzeri 512 ile işlemci değerinin ne kadar yüksek olduğu anlaşılabilirken aynı anda birden çok işlemi de yaptığını unutmamak gerekiyor.
Kuantum Bilgisayarlar vs Normal Bilgisayarlar
Normal bilgisayarlar işlemlerini 0 ve 1 değerlerini baz alabilen bitler yardımıyla yapıyorken, kuantum bilgisayarlar kübit diye adlandırılan kuantum bitlerini kullanıyor.
Kuantum bilgisayarlarda atomdan daha küçük seviyedeki yapılar kullanılırken, normal bilgisayarlarda devre elemanları ve bunların açıklık-kapalılık durumları kullanılıyor.
Kuantum bilgisayarlarda; atomda yer alan elektronlar, manyetik alan oluştuğunda bir mıknatısmış gibi hareket ediyor. Bu hareket “spin” olarak adlandırılıyor. Bir elektron manyetik alanlar içerisinde yer aldığında bu etkiye maruz kalarak manyetik alan yönünde yer değiştiriyor. Bu elektromanyetik alanın yönünün durumu, “spin up” ya da “spin down” durumlarını oluşturabiliyor. Bu durum normal bilgisayarlardaki “0” ve “1”e benzetilebilir.
Klasik bilgisayarlarda bir devre ya açıktır ya da kapalı, fakat kuantum bilgisayarlar için bu durum henüz bu kadar net ifade edilemiyor. Kuantum bilgisayarlarda elektronların dış etkenlerden tamamen uzaklaştırılmış olmasıyla aynı anda hem spin up hem spin down etkisi görülebilmekte. Bu durum kuantum fiziğinde “üst üste binme” olarak ya da “süperpozisyon” olarak adlandırılıyor. Böylelikle kuantum işlemciye sonuca gidip daha hızlı bir şekilde çalışma kabiliyeti verilmiş oluyor. Bunun sonuncunda da aynı anda birden fazla hesaplama yapılarak eş zamanda birçok işlem gerçekleştirilebiliyor.
Her 1’i “EVET” ve her 0’ı “HAYIR” olarak varsayarsak, klasik bilgisayarlar EVET veya HAYIR seçenekleriyle bilgi depoladığını söyleyebiliriz. Kuantum bilgisayarların kübitleri ise EVET “veya” HAYIR seçeneğiyle birlikte, aynı anda EVET ve HAYIR seçeneğini içerebiliyorlar.
Bir ampule benzetecek olursak:
Bir ampul gibi düşünecek olursak: Ampul ya açıktır (1) ya da kapalıdır (0). Bilgisayar diskinde bulunan bir dosya, bazıları açık bazıları kapalı olan bir grup ampul gibi görünür.
İki durumlu bir cihaz, bir problemi çözerken bu ampulleri sürekli olarak açıp kapatmalı, belleği doldurmaması için ara hesaplamaların sonuçlarını yazmalı ve silmelidir. Bu işlem zaman alır; bu nedenle görev çok karmaşıksa, bilgisayar çok uzun bir süre boyunca düşünecektir.
Kuantum bilgisayarlar ise, verileri kübitler kullanarak depolar ve işlerler. Kübitler yalnızca “açılan” ve “kapatılan” birimler değiller. Geçiş halindeyken aynı anda açık ve kapalı durumunda olabilen birimlerdir. Ampul benzetmesinde bu durumu (kübitler için), kapattığımız ancak yanıp sönmeye devam eden bir ampul olarak açıklayabiliriz.
Bu durum kuantum bilgisayarlara hız katıyor..
Kuantum bilgisayardaki ampullerin aynı anda hem açık hem de kapalı olabilmesi çok zaman kazanılmasını sağlıyor. Bu nedenle de bir kuantum bilgisayarı, karmaşık problemleri en güçlü geleneksel cihazdan bile çok daha hızlı biçimde çözebiliyor.
Kuantum bilgisayarlar tıpkı normal bilgisayarlara bağlı şekilde çalışan ve onlar üzerinden yönetilen harici sabit diskler gibi çalışmakta. Bir hidrojen atomunun modellenmesi veya veri tabanlarında arama yapılması gibi dar bir sorun yelpazesini çözmek için kullanılıyorlar. Kuantum hesaplamanın gücüne rağmen, henüz internete girmek ve videolar izlemek için kullanılamıyorlar.
Kuantum Bilgisayarlar ve Günümüze Adapte Edilme Problemi
Düzgün bir şekilde çalışabilecek bir kuantum bilgisayardaki kubitlerin sayısı milyonları bulmalıdır. Bu donanım sorunlarının yanı sıra yazılım sorunları da söz konusudur. Günümüzde mevcut yazılım dilleri bir verinin aynı anda sadece 1 adet belirli bit kombinasyonuna işlenebilmesini baz alır. Kuantum mekaniğinin belirsizlik temelli kubitlerini kullanabilecek bir yazılım dili ise henüz mevcut değildir.
Kısacası kuantum bilgisayarlar işlemcileri daha hızlı olduğu için değil, kuantum fiziğinin özellikleri sayesinde daha hızlı işlem yapabildikleri için daha hızlı çalışıyorlar! Yani kuantum bilgisayarlar sadece “bazı” problemleri klasik bilgisayarlardan daha hızlı çözebiliyorlar.
Öte yandan, klasik bilgisayarların kuantum bilgisayarlardan daha hızlı çözdüğü problemler de yok değil.
Aşağıdaki video kuantum bilgisayarların çalışma mantığını daha iyi kavramanıza yardımcı olabilir.
