Kuantum kelimesinin kendisi bile yeterince ilgi çekici. Ayrıca şimdiye kadar gördüğümüz her şeyi aşan hesaplama gücü vaadiyle birleştiğinde de cazibesi iyice arttı. Peki ama kuantum hesaplama ve bir sonraki adım kuantum bilgisayarlar tam olarak nedir?
Kuantum hesaplama nedir?
Kuantum hesaplamayı kavramak için önce sıradan bir bilgisayarın nasıl çalıştığını hatırlayalım. Siz bilgisayarınızda bir toplama işlemi ya da bir tatil rezervasyonu, ne yaparsanız yapın arka plandaki süreç aynı işler.
Girdileriniz öncelikle 0 ve 1’ler dizisi haline gelir. Daha sonrasında da bir algoritma tarafından işlenir. Sonunda çıktınız yeni bir 0 ve 1’ler dizisinden oluşur. Yani bir algoritmanın yaptığı tek şey bit dizilerini manipüle etmektir. Burada da her bit ya 0 ya da 1’dir. Makine seviyesinde bu bir transistörün üzerinden elektrik akımının geçmesi ya da geçmemesi durumu anlamına gelir.
Ancak mikroskobik bir dünyada işler bizim makroskopik dünyamız kadar net değildir. Kuantum hesaplama da temelini bu gerçekten alıyor. Etrafımızda gördüğümüz nesneler, sezgisel olarak kavrayabileceğimiz biçimlerde davranır. Ama çok daha küçük nesnelere bakmamız gerektiğinde sezgiyi de, sağduyuyu da bir kenara bırakmamız gerekir.
Atomaltı dünyasında en acayip şeylerden biri, elektron ya da foton gibi nesnelerin aynı anda iki farklı durumda birden olabilmesidir. Buna süperpozisyon denir. İşte bu süperpozisyon bizi 0 ve 1 kısıtlamalardan kurtarır. Kuantum bilgisayar, süperpozisyonda olabilen parçacıklarla çalışır. Artık elimizde klasik hesaplama için kullanılan 0 ve 1’ler yerine her ikisini aynı anda alabilen kübitler vardır.
Kuantum bilgisayar nasıl çalışır?
Kuantum fiziğinde sadece süperpozisyondan daha fazlası vardır. Birden fazla kübitli bir sisteme bakarsanız, bireysel bileşenler genellikle birbirinden bağımsız değildir. Kuantum dolanıklık içindeki iki parça birbirine tuhaf biçimde bağlanmıştır, o yüzden birine olanlar diğerini de etkiler. Ayrıca bir parçayı gözlemlerseniz bu, süperpozisyonun kaybına yol açar. Bu durumun aynısı dolanıklık halindeki ikizine de olur.
Bu şekilde çalışan bir sistemde klasik hesaplama yöntemleri işe yaramaz. Bunun yerine, farklı kübitler arasındaki tüm korelasyonları tanımlamanız gerekir. Kübit sayısını artırdıkça, bu bağıntıların sayısı katlanarak artar. Bu durumda klasik bitler yerine kübitler üzerinde çalışan bir bilgisayar, klasik bir bilgisayarın asla başaramayacağı görevleri gerçekleştirecektir.
Kuantum bilgisayarlar, en güçlü süper bilgisayarlarımızın bile çözemediği sorunları işleyerek bilgi teknolojisinde devrim yaratma potansiyeline sahiptir. .
Ancak bu sorunlar, milyonlarca kübit (kuantum biti) içeren kuantum bilgisayarları gerektirir. Ancak günümüzün kuantum bilgisayarları henüz 100 kübitlik bir ölçekte çalışıyor.
Kuantum bilgisayarların çalışma prensibi, geleneksel bilgisayarların aksine, bir fiziksel olgunun ölçülmeden önceki olasılıksal durumuna dayanır. Bu olasılıksal durumlar ile çalışma şekli kuantum bilgisayarların işlem hızını geleneksel bilgisayarların oldukça önüne taşır. Fizikçilerin kuantum hesaplamanın umut vaat ettiğini düşünmelerinin gerçek nedeni budur.
Kuantum Hesaplama Ne İşe Yarayacak?
Haberlerde birinin kuantum bilgisayar ürettiğini duyarsanız, kredi kartınızı bir an önce bloke etseniz iyi olur. Çevrimiçi bir şey satın aldığınızda kart bilgilerinizi şifrelemek için kullanılan tüm yöntemler, böyle bir bilgisayar tarafından saniyeler içinde kırılacaktır.
Kuantum hesaplamanın heyecan verici bir başka uygulaması da kimya, biyoloji ve tıpta olacak. Örneğin yeni bir ilaç tasarlamak için bir moleküler sistemi anlamaya çalışıyorsanız, davranışını bir bilgisayarda simüle etmek iyi bir fikirdir. Sorun şu ki, moleküllerin hepsi kuantum mekaniği yasalarına tabi olan birçok parçacıktan oluşur. Kuantum hesaplama bu sorunu çözmemizde önemli bir avantaj sağlayacak daha gerçekçi simülasyonlar yapmamamızı sağlayacaktır.
Kriptografi de kuantum hesaplamadan faydalanacaktır. Bir kuantum hali gözlemlendiğinde değiştiği için, bir kişinin bir mesajı dinleyip dinlemediğini belirlemenin yollarını tasarlamak mümkündür. Bu yöntemi kullanarak insanlar birbirlerine şifreleme anahtarları gönderebilirler. Bu mesajları şifrelemek ve şifresini çözmek için kullanılan sembol dizileri kazara birisinin eline geçse bile bu durumda hemen uyarılacağınızdan emin olun.
NASA’nın dünyanın en büyük kuantum bilgisayarlarından birinin ortak sahibi olduğu düşünülürse, gökbilimin bu yeni bilgi işlem türünden en çok fayda sağlayacak alanlardan biri olması hiç de şaşırtıcı değildir.
Başarılı bir biçimde çalışan bir kuantum bilgisayara sahip olduğumuz zaman elbette bu makinaların da çözemeyeceği başka problemler de olacak. Bu nedenle sonrasında da daha güçlü makineler yapacağız. Ve süreç bu biçimde devam edecek. Ancak kesin olan bir şey var ki önümüzdeki beş veya 10 yıllık bir zaman diliminde yavaş yavaş büyüyecek gerçekten ilginç bir gelecek bizleri bekliyor.
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- How does quantum computing work? Yayınlanma tarihi: 1 Ekim 2015. Bağlantı: https://plus.maths.org
- What can quantum computers do? Yayınlanma tarihi: 1 Ekim 2015. Bağlantı: https://plus.maths.org/
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
