Kuantum Bilgisayarı

 

M

evcut bilgisayar teknolojisi sadece gelişmiş bir hesap makinesidir  ama onların da altından kalkamayacağı büyük sorunlar bizi bekliyor ve bu aşamada bize çok büyük bir yenilik gerekiyor

Bunu aklımızda tutalım çünkü kuantum bilgisayarlarından bahsederken herkes mevcut bilgisayarların daha güçlüsü yeni bir versiyonu bir güncellemesi olarak görüyor hayır kuantum bilgisayarları yeni bir olgudur mevcut bilgisayarlarla herhangi bir anlamda benzeşmemektedir klasik bilgisayarları bir muma benzetecek olursak bir kuantum bilgisayarını ampule benzetebiliriz kuantum bilgisayarların işlem gücünü matematiksel veriye dökecek olursak her bir kubit için 2nin kuvveti olarak yazabilir yani 32 kubitli bir kuantum bilgisayarı teorik olarak 2 üzeri 32 olasılığı hesaplayabilecek işlem kapasitesine sahip diyebiliriz 300 kubit bir sistem evrendeki (tahmin edilen) tüm atomların sayısından fazla olasılığa sahip bir işlem gücü sunabilme potansiyeline sahip

Nedir bu kuantum bilgisayarı?

İnsan oğlunun bugüne kadar geliştirdiği en karmaşık mekanizmadır bu karmaşanın temelinde elbette bu güne kadar konuşulan  kuantum fiziğinin özünde yatan bize çok anlamsız gelen bir sürü teoriye dayanmasıdır  fakat kuantum bilgisayarlarının nasıl çalıştığını anlamak biraz zorlu bir meydan okuma herkes için gelin birlikte meydan okuyalım onun için gelin bir oyun oynayalım oyunun kuralları şu şekilde ;

Bir odada bir adet düğme bulunuyor diğer odada da bir ampul bulunuyor siz ve bir arkadaşınız olmak üzere iki kişi oynuyorsunuz bu oyunu ilk olarak düğmeyi aşağı  ya da yukarı şekilde hareket ettirebiliyorsunuz ama hangisinin ampulü yaktığını bilmiyorsunuz her oyuncu anahtarı bir kez hareket ettirme ya da hiç dokunmama hakkına sahip önce siz giriyorsunuz odaya düğmeyi kaldırıyorsunuz ya da dokunmuyorsunuz sonra arkadaşınız giriyor odaya o da düğmeyi bir kez hareket ettirebilir ya da dokunmayabilir sonra ampulün yandığı odaya giriyorsunuz şimdi ampul yanıyorsa odaya ilk giren kazanıyor yanmıyorsa ikinci giren kazanıyor yani oyunun şeması tam olarak bu şekilde

İki kişide odaya girip çıktıktan sonra ampule bakıyorsunuz yanıyorsa ilk giren yanmıyorsa ikinci giren kazanıyor bu oyunu istediğimiz kadar oynayalım her seferinde kazanma ihtimalimiz %50 bu oyunu klasik bir bilgisayara karşı oynadığımız zaman sonuç yine aynı kazanma şansımız %50 ama klasik bilgisayarın yerine kuantum bilgisayarı koyduğumuzda kuantum bilgisayarının bu oyunu kazanma şansı %100 oluyor sizin bu oyunu kazanma şansınız sıfır nasıl olduğunu açıklayayım klasik bilgisayarlar gelişmiş bir hesap makinesi denmesinin sebebi bu  ne kadar gelişmiş olurlarsa olsunlar bilgileri binary

Yani 1 ve 0 şeklinde iletir ve işlerler bilgisayarda gördüğünüz duyduğunuz her şey 1 ve 0 lar ile ifade edilebilir bu bilgilerde binary digit yani bit adı verdiğimiz 1 ve 0 durumunda bulunabilirler

Fakat kuantum bilgisayarları bit yerine kubit(quantum bit) kullanırlar bu kubitler hem 1 hem 0 hem de her ikisi de olabilirler aynı anda iki durumda da bu duruma süper pozisyon denir

kuantum evreninin temel özelliklerinden birisi bir parçacığın aynı anda birden fazla durumda bulunma özelliği yani az önceki oyunu bir kuantum bilgisayarına karşı oynasaydınız söz konusu düğme hem kapalı hem açık durumda olacaktı siz ampulü gözlemlediğinizde her zaman kazanan duruma hayata geçirecek ve her zaman kazanacaktı bunu başka bir örnekle pekiştirelim

Evinize arkadaşlarınızı davet etmiş olun 10 arkadaş bu arkadaşlarınızı farz edelim ki nasıl oturacaklarına karar vermek olsun problem bu da 10 faktoriyele eşit bir ihtimal olur tam olarak 3628800 farklı şekilde sıralayabiliriz klasik bilgisayarda bu eğer hızlı bir bilgisayarınız varsa çokta uzun olmayacak bir sürede hesaplayabilirdi  ama kuantum bilgisayarınız olsaydı kubitler bu 3682800 hepsini aynı anda hesaplayacağı süper pozisyon durumuna geçer tüm olasıkları aynı anda kontrol edebildiği ve aynı anda test edebileceği için anında bir cevap verecektir size isterseniz son bir örnekle toparlayalım bir labirenttesiniz ve iki kapıdan çıkabiliyorsunuz haliyle bütün rotaları tek tek denemeniz gerek ama mesela klonlarınız olsa yüzlerce klonunuz saniyeler içinde bulabilirdiniz yani aynı anda her yerde olabilirdiniz süper pozisyonda olabilirdiniz işte kubitler teoride böyle çalışıyorlar

Mevcut kuantum bilgisayarları bir oda büyüklüğünde devasa yapılar bunun sebebi kubitlerin çok hassas yapıda olması kubitler bildiğimiz atomların elektronlarından oluşur mesela bir fosfor atomunun elektronudur kubit dediğimiz şey o nedenle inanılmaz hassas bir parçacıktan bahsediyoruz

Normal şartlarda kontrol edemediğimiz ölçemediğimiz belirsizlikler denizinde yüzen parçacıklar bunlar ama işte kuantum bilgisayarının çalışma mantığı da bu belirsizlik olgusu dalga parçacık durumu süper pozisyon durumu  parçacığa herhangi bir müdahalede bulunduğumuzda tüm olasılıklar kayboluyor tek bir durumu elde ediyorduk ama bu bizim işimize yaramıyor çöküş deniliyor buna o yüzden sistemin çökmesi o yüzden elektrona nispeten kontrol altında tutmak için tüm toz parçacıklarından tüm kızılötesi ışınlardan elektro manyetik dalgalardan uzak tutulması gerekiyor herhangi ufak bir müdahale sistemin çökmesine neden oluyor o yüzden vakum tüplerinde muhafaza ediliyor

kubitler ve bu vakum tüpleri çok soğuk olmak durumunda -273 C mutlak sıfır çünkü ısı enerji demek enerji ne kadar yüksek olursa atomlar ve elektronlar o kadar dengesiz oluyorlar daha fazla hareket ediyorlar stabil olmaları için çok çok soğuk bir ortamda tutulmaları gerekiyor

Yani şuan da kuantum bilgisayarlarının ilkel dönemindeyiz diyebiliriz klasik bilgisayarların kocaman olduğu dönemler gibi peki neden uğraşılıyor bu kuantum bilgisayarı üretmek için bu kadar karmaşık zorlu ve hassas bir makineye neden ihtiyaç duyucağız ve nerelerde kullanacağız 

Kuantum bilgisayarlarının insanlığa getireceği yenilikler

 

Örnek vermek gerekirse bir kargo firmasını ele alalım 100bin araç bir milyon adrese teslim yapması gerekiyor bu araçların en ideal rota ile en düşük yakıt tüketimi ile en kısa sürede bu teslimatı nasıl yapacağını klasik bir bilgisayarın bu işlemi hesaplaması günler aylar yıllar alabilir fakat gelişmiş bir kuantum bilgisayarı ile bu işlem milyonlarca kat daha hızlı bir şekilde anlık olarak yapılabilir mesela

Ayrıca bu kuantum bilgisayarları ile atomları simüle edebiliriz bazı ileri gelen şirketler bunlardan biri google hidrojen molekülünün  simülasyonunu tamamladığını açıkladı ardından ibm lityum hidriti ve berilyum hidriti simüle etti yakın bir zamanda da iyonq isimli şirket su molekülünü simüle etti ne demek peki molekül simülasyonu

 bu kuantum bilgisayarıyla kuantum evrenini anlamak anlamına geliyor normal şartlarda normal bilgisayarlarla yapılması imkansız bir durum  hatta bir araştırmaya göre bir mölekülün simülasyonu klasik bir bilgisayarda milyon yıl sürebilirmiş

molekülleri simüle edebildiğimizde fizik kimya ve tıp alanında inanılmaz bir kapı açılacak tam olarak gelişmiş bir kuantum bilgisayarı sizin vücudunuzu atom seviyesinde simüle edebilir sorunları bulup tam bu sorunların çözümü için gerekli ilaçları da simüle edebilir yıllar süren ilaç testlerini saniyelere indirebilir herhangi bir iş için gerekli bir malzemeyi atom seviyesinde hesaplayıp üretebilir sonuç olarak insanlık için bir güncelleme bir çok sorunun cevabı olabilir

Kaynakça

 

Quantum Computing Explained – By Shaan Ray //* https://hackernoon.com/quantum-computing-explained-94125280fabb *//

 

What is quantum computing? Understanding the how, why and when of quantum computers | ZDNet //* https://www.zdnet.com/article/what-is-quantum-computing-understanding-the-how-why-and-when-of-quantum-computers/    *//

 

IBM Has Used Its Quantum Computer to Simulate a Molecule—Here’s Why That’s Big News – MIT Technology Review //* https://www.technologyreview.com/2017/09/13/149180/ibm-has-used-its-quantum-computer-to-simulate-a-molecule-heres-why-thats-big-news/  *//

 

Physics – Waiting for the Quantum Simulation Revolution //* https://physics.aps.org/articles/v12/112 *//