Kuantum hesaplama, dünyayı değiştirebilecek bir güce sahiptir. Bu yüzden IBM, Microsoft, Honeywell ve Google gibi büyük şirketler kendi kuantum bilgisayarlarını yapmak ve “kuantum üstünlüğü”ne ulaşmak için yarış halindedir. Peki, kuantum hesaplama nedir, kuantum bilgisayarlar nasıl çalışır? Klasik bilgisayarlardan farkları nedir? Bir kuantum bilgisayarı ile neler yapabiliriz?
Kuantum Hesaplama
Kuantum fiziği, atomun ilk olarak 20. yüzyılın başlarında incelenmesinden beri, mantığa meydan okumaya başlamıştır. Atomların geleneksel fizik kurallarına uymadığını ortaya çıkarmıştır. Örneğin kuantum parçacıklarının zaman içinde ileri veya geri hareket edebilmesi ve aynı anda iki yerde bulunabilmesi gibi. Kuantum hesaplama ise kuantum teorisinin bu prensiplerine dayanan ve bilgisayar teknolojisinin geliştirilmesine odaklanan bir hesaplama alanıdır.
Kuantum Bilgisayarlar Nasıl Çalışır?
Bugün kullandığımız klasik bilgisayarlar yalnızca 0 ve 1 dizeleriyle kendini kısıtlarken bir kuantum bilgisayar ise kuantum bitleri yani kübitleri kullanır. Atom altı parçacıklar bu durumda birden fazla durumda bulunabilir.
Bloch küresi, kuantum bilgisayarların temel yapı taşı olan bir kübitin temsilidir.
Sadece en küçük kuantum parçacıklarına (atomlar, elektronlar, fotonlar vb.) baktığımızda kuantum fiziğinin iki özelliği olan süperpozisyon ve dolanıklık gibi ilginç şeyleri görürüz. Bunlar sayesinde, bir kuantum bilgisayar aynı anda çok sayıda hesaplamayı işleyebilir. Bu da kuantum bilgisayarlarına klasik bilgisayarlardan çok daha yüksek hızlarda işlemleri gerçekleştirme gücü sağlar.
Süperpozisyon: Küçük nesnelerin aynı anda birden fazla yerde veya durumda bulunabilmesi. Görsel: Tai Ginda Getty Images
Süperpozisyon, aslında bir kuantum sisteminin, iki kübitin, aynı anda dört senaryoyu temsil etmesine izin verir. Yani, bir şey aynı anda “burada” ve “orada” veya “yukarı” ve “aşağı”da olabilir. Bu nedenle, bir veri kümesini kırmak için gereken süre önemli ölçüde azalır.
Kuantum dolanıklık Görsel: Albert Yarullin/iStock
Dolanıklık ise kuantum parçacıkları arasında var olan son derece güçlü bir ilişkidir, büyük mesafeler ile ayrılmış olsalar bile birbirleriyle mükemmel bir uyum içinde olabilirler. Peki, kuantumun bu özelliklerine sahip bir bilgisayarımız olsaydı, hangi işlerimize yarayabilirdi?
Bir Kuantum Bilgisayarı, Klasik Bir Bilgisayarın Yapamayacağı Neyi Yapabilir?
İlaç tasarımı ve ilaç geliştirme: Şirketlerin yeni tıbbi tedavileri ortaya çıkarmak adına daha fazla ilaç keşfi gerçekleştirmelerine olanak sağlayabilir verimliliği önemli ölçüde artırabilir.
Süperiletken malzemeler, “manyetik kaldırma” gibi alışılmadık özelliklere sahiptir. Görsel: Shutterstock
Hesaplamalı Kimya & Malzeme Bilimi: Kuantum simülasyonu, kuantum hesaplamanın bir uygulamasıdır. Bu uygulama; kimya, malzeme bilimi ve yüksek enerji fiziği gibi alanlara uygulanabilir. Yeni kimyasalların geliştirilmesini hızlandırabilir. Oda sıcaklığında bir süperiletken oluşturabilme gibi sorunlarımızı çözebilir.
Yapay Zekâ ve Makine Öğrenimi: Makine öğrenimi algoritmalarını eğitmek ve çalıştırmak için kuantum sistemleri kullanmak, karmaşık sorunları daha hızlı çözmemize, hastalık teşhisi, dolandırıcılık tespiti ve enerji yönetimi gibi uygulamaları potansiyel olarak geliştirmemize olanak sağlayabilir.
Siber Güvenlik ve Kriptografi: Makine öğrenimi yardımıyla kuantum hesaplama, siber güvenlik tehditleriyle mücadele etmek için çeşitli tekniklerin geliştirilmesine yardımcı olabilir ve kuantum şifreleme olarak da bilinen yeni şifreleme yöntemlerinin oluşturulmasına yardımcı olabilir.
Hava Durumu Tahminleri: Kuantum bilgisayarlar, meteorologların hava olaylarını tahmin etmesini, iklim değişikliği ve onu azaltmanın yolları hakkında daha fazla bilgi edinmesini sağlayarak daha ayrıntılı iklim modelleri üretip analiz etmelerine yardımcı olur.
Bunları Biliyor Musunuz?
IBM’in bilgisayarı Deep Blue 1997’de, satranç şampiyonu olan Garry Kasparov’u yendi ve her saniyede 200 milyon olası hamleyi incelediği için bu avantajı elde edebildi.
Google, klasik bir bilgisayarın 10 bin yılda yapacağı işlemleri 200 saniyede bitirebildiği ve “kuantum üstünlüğü” başarısını ilan ettiği açıklamalarında bulundu. Buna IBM itiraz etti ve bahsettikleri işlemlerin klasik bilgisayarlarda iki buçuk günde yapılabileceğini belirtti.
Honeywell ise 64 kuantum hacmiyle en yüksek performanslı kuantum bilgisayarını yaptığını açıkladı ve endüstride ona alternatif olan ilk bilgisayardan iki katı kadar güçlü olduğu duyurdu. Ayrıca Honeywell, Microsoft’un Azure Quantum bilişimi ile ortaklık kurduğunu da açıkladı.
Kuantum Bilgisayarı. Görsel: Justın Fantl.
Kuantum üstünlüğüne ulaşabilmek için bir yarışın olduğu açıktır. Peki, kuantum teknolojisi hala çok uzağımızda mıdır?
Ne Zaman Gerçek Bir Kuantum Bilgisayarı Olacak?
Bu, kuantum bilgisayarını nasıl tanımladığımıza göre değişir. Zaten halihazırda kuantum bilgisayarları var ancak henüz klasik bilgisayarların yerini alacak yeterli güce sahip değil.
Kuantum hesaplama adına temelde ve pratikte birçok keşif yapılmıştır. Bu keşifler, gerçek kuantum bilgisayarlarının geliştirilmesi için çok değerli olacaktır. Kuantum çağı zaten başlamış durumdadır ve önündeki olasılıklar sınırsız sayıdadır.
Yelda GÜNDEĞER
Kaynakça
“Quantum Computing“, IBM
“Quantum Volume: The Power of Quantum Computers”, Honeywell
