Kuantum Bilgisayar Nedir?
 Kuantum bilgisayarlar, tanım olarak kuantum mekaniğini kullanan bilgisayar türü olup sıradan bilgisayarlardan çok daha yüksek ve verimli işlem yapma gücüne sahiptirler.
1981'de Paul Beniof, Max Planck’ın enerjinin sürekli değil de kesikli değerlerde yer alan m, n, k enerji kuantlarıyla salındığını öne sürdüğü fikrinden yola çıktı ve bunu teoriye dönüştürerek Kuantum Bilgisayarların temelini attı. Teknolojik gelişmelerin hızlanması ve kuantum fiziğinde yaşanan gelişmeler sayesinde kuantum bilgisayarların günlük yaşamda kullanılabileceği görüşü yaygınlaştı.
Bu bilgisayarlar kuantum teorisinin temel ilkeleri üzerine geliştirilmektedir. Bu ilkeler; enerjiyi ve maddeyi birlikte ele alarak atom ve atom altı seviyede açıklamaya çalışmaktadırlar. Bu bilgisayarlar işlemler yaparken; kuantum bitleri yani kübitleri, süper pozisyon ve kargaşa kuramı gibi kuantum parçalarını kullanırlar. Bu yüzden de kuantum bilgisayarlar bilinen bilgisayarların aksine çok daha zorlu ve karmaşık işlemleri kendi başlarına yapabilmektedirler.
Kuantum Bilgisayarlar Nasıl Çalışırlar?
Normal bilgisayarlar, 0’lar ve 1’lerden oluşan diziler halinde bilgi depolarlar. 0 ve 1’in bulunduğu bu birimlere “bit” adı verilir. Bilgisayar ekranında gördüğünüz bütün bilgiler; 0 ve 1 değerlerini baz alan bu bitler yardımıyla oluşur. (videolar izlenir, resimler görüntülenir...)
Normal bilgisayarların aksine kuantum bilgisayarlar, bit birimlerini kullanmazlar. Bunun yerine onlar bilgiyi, tek bir atomun karşılık geldiği “kübit” (kuantum bit) denilen birimlere işlerler. Her kübit, 1 veya 0 ile ayarlanabileceği gibi, aynı anda 1 ve 0 ile de ayarlanabilir. Yani; Her 1’i EVET, her 0’ı HAYIR olarak varsayarsak, klasik bilgisayarlar EVET “veya” HAYIR seçenekleriyle bilgi depoluyorlar. Kuantum bilgisayarların kübitleri ise EVET “veya” HAYIR seçeneği ile birlikte, aynı anca EVET “ve” HAYIR seçeneğini içerebiliyorlar.Bu işlem kuantum fiziğindeki tuhaf bir olgu olan “süperpozisyon” ilkesi kullanılarak yapılır. Süperpozisyon, bir atomun “aynı anda” iki ya da ikiden fazla durumda bulunabilmesi demektir. Normal bitler 1 veya 0 değerlerini kullanırken, süperpozisyon sayesinde kübitler aynı anda hem 1 hem 0 hem de bu ikisi arasındaki değerleri alabilir.
Kuantum Bilgisyarların Çalışma Mantığı:
 Kuantum bilgisayarlarda atomdan daha küçük seviyedeki yapılar kullanılırken normal bilgisayarlar bir devrede yer alan elemanların açıklık ve kapalılık haline göre değişkenlik gösteriyor. Atomda yer alan elektronlar, manyetik alan oluştuğunda bir mıknatısmış gibi hareket ediyor. Bu hareket “spin” diye adlandırılıyor. Bir elektron manyetik alanlar içerisinde yer aldığında bu etkiye maruz kalıyor ve bu etki nedeniyle manyetik alan yönünde yer değiştiriyor. Bu elektromanyetik alanın yönünün durumu “spin up” ya da “spin down” durumu oluşturabiliyor. Bu durum normal bilgisayarlarda yer alan “0” ve “1” durumları gibi bir olaydır.
Klasik bilgisayarlarda bir devre ya açıktır ya da kapalı fakat kuantum bilgisayarlar için bu durum bu kadar net ifade edilemez. Kuantum bilgisayarların hem spin up hem spin down etkilerinde olabilmesi için elektronların dış etkenlerden tamamen uzaklaştırılmış olması gerekiyor. Bu durum kuantum fiziğinde “üst üste binme” olarak ya da “süperpozisyon” olarak adlandırılıyor. Böylelikle kuantum işlemciye sonuca gidip daha hızlı bir şekilde çalışma kabiliyeti vermiş oluyor. Bunun sonuncunda da aynı anda birden fazla hesaplama yapılarak eş zamanda birçok işlemin yapıldığını da söylemek mümkün oluyor.
Kuantum teorisi bize iki ayrı kuantum durumunun bir parçacık için aynı anda geçerli olabileceğini söylemektedir. Süper pozisyon ve kargaşa kuramı terimlerine bakarsak bu durum bizim için şaşırtıcı olabilir. Fakat bir parçacığın aynı anda farklı durumlarda bulunması durumunu günlük hayatımızda tecrübe etmeyiz. Süper pozisyon, kuantum fiziğinde iki ayrı durumun bir parçacık için aynı anda geçerli olması halidir. Bu durum lise fizik dersindeki çift yarık (Young) deneyiyle çağrışım yapabilir. Heisenberg’in belirsizlik ilkesi ile Shördinger‘in kedi paradoksu da bu durumu açıklamaya çalışır. Kargaşa Kuramı diğer isimleriyle kaos kuramı ya da kaos teorisi ise; yapısal olarak bir fizik teorisi ya da matematiksel bir tümevarım değil de fiziksel gerçeklik olan parçalarının bir bütün olarak eğilimini açıklamaya yarayan bir yöntemdir. Kaos kuramı, kuantum bilgisayarların ve onların çıktılarını kolaylıkla görüntülenebilir hale getiren ekranların ortaya çıkmasıyla daha da gelişmiş ve popülerlik kazanmıştır. Sağduyumuza ters düşen bu ilkeler temelinde çalışan kuantum bilgisayarlar muhteşem bir işlem gücü sergileyebilmektedirler.
Karmaşa ve süper pozisyon fenomenleri gelişmiş bilgisayarlar için bize birçok açıdan yarar sağlar. Bu iki fenomen, kuantum bilgisayarların sıradan bilgisayarların asla yapamayacağı büyük ve karmaşık işlemler ve hesaplamaların yapılmasını sağlar. Kuantum bilgisayarlar şaşırtıcı derecede güçlüdür ve bu bilgisayarlar işlem yaparken kullanıcıya sağladığı kapasitenin tamamını kullanmazlar. Gerçek dünyada 0’lar ve 1’ler le temsil edilen bitler uzayda herhangi bir zamanda dört olası durumda bulunabilirken kuantize edilmiş dünyada bu dört olası durum süperpozisyon ilkesine göre aynı zamanda uzayda gözlemlenebilir.
Bu ilginç ilkeler, zor problemleri çömek için bilgisayarlara büyük bir hesaplama gücü sağlar.
Klasik Bilgisayarlardan Kuantum Bilgisayarlara Geçiş Süreci:
Günümüz bilgisayarlarının işlem gücü, karmaşık ve devasa verileri işlemeye yeterli olamamaktadır. Örneğin Evren'in kapsamlı simülasyonları ya da evrimsel süreçte belli bir popülasyonun son 250.000 yıldaki değişiminin analizi gibi işlemleri tamamlayabilmek için evlerinizde kullandığınız bilgisayarların yüzlerce ve hatta binlerce yıl boyunca aralıksız çalışması gerekir. Süperbilgisayarlarla bile bu tür analizler kimi zaman birkaç ay kadar sürebilmektedir. Dolayısıyla incelemek istediğimiz veri miktarı arttıkça, devasa süperbilgisayarlarımız bile hesap makinesi gibi kalmaktadır.
Günümüz teknolojisine hız ve güç katan, her geçtiğimiz sene birazcık daha küçülen transistörler ve mikroişlemcilerdir. Eskiden belli bir alana 100 işlemci sığdırabilirken, artık birebir aynı alana 100.000 işlemci sığdırabiliyoruz. Transistör kapı açıklıklarını daha da küçük boyutlarda ürettikçe, söz konusu işlemcilerin aynı alana sığabilecek olan sayısı daha da fazla olmaktadır. Fakat Moore Yasası'nın öngördüğü gibi, eğer bir mikroişlemci üzerindeki transistor sayısı her 18 ayda 2 katına çıkmaya devam ederse 2020-2030 yıllarında da atomik ölçekle ölçülen mikroişlemci devreleri görebilirsiniz. Ne var ki Moore Yasası'nın öngörüsü, bundan önceki birkaç on yıldır doğru işlese de, artık işlemcilerimize yerleştirdiğimiz transistörlerin boyutu çok fazla küçüldüğü ve boyut bariyerleriyle karşılaşmaya başladığımız için pek de geçerli değildir. Dolayısıyla, artık sadece elektrik akımını kullanan araçlar yeterli olamaz; bunun yerine, bilgisayarın bellek ve işleme görevlerini gerçekleştiren atom altı parçacıkların özelliklerinden faydalanmak gerekmektedir.
İşlemcinin gelişim basamaklarını incelersek; 1970 yılında transistör kapı açıklığı 10 mikron civarındaydı (1 mikron, 1 metrenin milyonda biridir). 1980'de bu büyüklük 5 mikrona düştü. 1990 yılında 1 mikrona... 2000 yılında 0.1 mikrona, yani 100 nanometreye (1 nanometre, 1 metrenin 1 milyarda biridir). 2009 başında 50 nanometreye, sonunda 32 nanometreye... 2012'de 19 nanometre, 2014'te 10 nanometreye düştü. Sonunda 3 milyar dolarlık yatırım, 10 çığır açıcı araştırma sonucunda, 9 Temmuz 2015'te 7 nanometreye kadar düştü.
Her bir basamakta daha fazla araştırma, daha fazla para, daha fazla emek gerekiyor. Bu nanometre ölçü birimiyle bir yere kadar ilerleyebilmekteyiz. Nanometreden hemen sonra Angstrom adı verilen ölçü gelmektedir ki, atomların büyüklükleri bu birimle ölçülmektedir. Bu transistörler, en nihayetinde fiziksel yapılardır. Dolayısıyla atomlardan oluşurlar. Eğer ki atom boyutundan daha küçük açıklıklara sahip parçalar üretmek istersek, bu imkansızlaşır. Çünkü atom altı seviyeye inmek gerekir. Artık atomlardan söz edemeyiz ve bu durumda, atom altı parçacıkların dünyasına adım atarız. Yani kuantum dünyasına giriş yapmamaız gerekir.
Transistörlerin icadı, günümüz bilgisayarlarını mümkün kılarak çağ atlattı. Kuantum bilişimin mümkün kılacağı teknoloji devrimi ise, kuantum bilgisayarları üreterek önümüzdeki 10 veya 20 yıl içinde çağ açıcı yeniliklerin başlangıcını yapacak.
|
