KUANTUM BİLGİSAYARI VE ÇALIŞMA SİSTEMİ
Kuantum bilgisayarı, kuantum fiziği ilkelerini kullanacak şekilde dizayn edilmiş, normal bilgisayarların maksimum hesaplama kabiliyetinin, erişebilecekleri seviyenin çok üstlerine çıkarıldığı yapılara denir. Kuantum bilgisayarı küçük ölçekte yapılmıştır ve şu anda pratik bir modele dönüştürme çabaları sürmektedir.
Kuantum bilgisayarını anlamak için önce normal bilgisayarlara göz atalım.
Bilgisayarlar Nasıl Çalışır?
Bilgisayarlar ikili sayı formatında veri depolayarak işlev görür. Seriler halinde 1 ve 0 kombinasyonlarını transistörler gibi elektronik bileşenlerinde tutarlar. Bilgisayarın her bir hafıza bileşeni 1 bit olarak tanımlanır. 1 ve 0 modları (veya "On" ve "Off") arasında Boolean mantığıyla ve bilgisayar programlarının algoritması tarafından oynamalar yapılarak bit’ler çeşitlendirilir.
Kuantum Bilgisayarı Nasıl Çalışır?
Kuantum Bilgisayarı bilgileri 1 ve 0 şeklinde veya bu iki değerin kuantum süperpozisyonu şeklinde depo eder. Bu "Kuantum Bit" (Kubit denir kısaca) kombinasyonları ikili sisteme göre çok büyük bir esnekliğe sahiptir.
Spesifik olarak kuantum bilgisayarı geleneksel bilgisayarların hayal dahi edemeyeceği büyüklükte hesaplamalar yapabilecek kabiliyette olacak. Bu konu şifreleme alanında ciddi bir endişe de yaratmaktadır. Bazı kimseler pratikte başarılı bir kuantum bilgisayarının dünyanın finansal sisteminin, şimdiki bilgisayarların çözmeyi asla başaramayacakları büyüklükteki sayılardan oluşan şifreleme sistemlerini aşarak çökerteceğinden endişe etmektedir.
Kuantum bilgisayardaki bu devasa hızın nasıl yaratıldığına örnek verelim:
Eğer 1 kubit, 1 ve 0 durumları olmak üzere süper pozisyon durumundaysa ve süper pozisyonda olan bir diğer kubit ile birlikte bir hesaplama ortaya koyduğunda tek bir hesap sonucunda 4 ayrı sonuç elde edilir, bunlar 1/0 , 1/1 , 0/0 , 0/1 değerleridir. Bunlar, matematiğin, kuantum sisteme uyguladığı ve süper pozisyondan tek bir duruma çökene kadar ortaya koyduğu gerçek değerlerdir. Oysa aynı durumda klasik bilgisayarın yapabileceği hesaptan çıkan sonuç 1/0 veya 0/1 gibi tek bir değer olabilir. Bu durumda, hesaplamaya katılan kubit’lerin arttırılması sonucu yapılacak hesap ile, aynı sayıda klasik bit’lerin hesap miktarı arasında, katlanarak büyüyen devasa bir fark oluşacağı aşikardır. Kuantum bilgisayarlarının esas kabiliyeti eşzamanlı (paralel) olarak çoklu işlem yapabilmesidir ( Buna kuantum paralelizm denir).
Kuantum bilgisayarındaki tam fiziksel mekanizma teorik olarak çok daha kompleks ve sezgisel olarak anlaşılması güçtür. Genelde bu tarz işlemler paralel evrenler yorumuyla açıklanır. Yani çeşitli kubit’lerin süper pozisyonda olmasından dolayı kuantum bilgisayarında hesaplama sadece bizim evrenimizde değil eş zamanlı olarak diğer evrenlerde de oluşur. Tabi ki bunlar teorik yorumlardır.
Kuantum Hesaplamanın Tarihi
Kuantum hesaplamanın çalışma mantığının temelleri 1959’da Richard Feynmann’ın "kuantum etkilerini" daha iyi bilgisayarlar yapmak için kullanma fikrini ortaya koymasına dayanır. Tabi ki kuantum etkileriyle hesaplamadan önce, o zamanlarda bilimciler ve mühendisler geleneksel bilgisayarları geliştirme çabasındaydı. Bu yüzden yıllarca Feynmann’ın önerisini hayata geçirecek çapta bir çalışma yapılmamıştır.
1985’te Oxford Üniversitesinden David Deutsch tarafından "kuantum mantık kapıları" fikri ileri sürülerek, kuantum fiziği alanı bilgisayarlar içine dahil edildi. Deutsch’un bilimsel makaleleri herhangi bir fiziksel hesaplamanın kuantum bilgisayarlarına uygulanabileceğini gösterdi.
Yaklaşık on yıl sonra 1994’te Peter Shor adında bir matematik mühendisi çarpanlara ayrıma yapan 6 kubitlik bir algoritma tasarladı. Böylece artık çok küçük çaplı bir kuantum bilgisayarı geliştirilmişti. Bu olaydan sonra 1998’de küçük hesaplamaları "eşfazlılığı kaybetmeksizin" birkaç nanosaniyede yapan 2 kubitlik bilgisayar geliştirildi. 2000’de 4 ve 7 kubitlik kuantum bilgisayarları da başarıyla yapıldı.
Bu alandaki çalışmalar tüm hızıyla devam etmektedir. Başlangıç olarak atılan bu başarılı adımlar temel teorinin sağlamlığını göstermektedir.
Kuantum Bilgisayarlarının Güçlükleri
Kuantum bilgisayarlarının ana engeli "Kuantum Eşfazlılık" problemidir. Kubit hesaplamaları, kuantum dalga fonksiyonu durumların süper pozisyonundayken yapılır. Bu durum 1 ve 0 durumlarının eşfazlı olarak hesaplamada kullanımına izin verir. Fakat kuantum sistemde herhangi bir tipte ölçüm yapıldığı anda eşfazlılık kaybolur ve dalga fonksiyonu tek duruma düşer. Bu yüzden bu bilgisayarlar herhangi bir şekilde ölçüm yapmaksızın belli bir süre boyunca hesaplamaya devam etmek durumundadır. Ölçüm sonucunda ise kuantum sistemden çıkılacak tam bu aşamada bilgisayarın, sistemin kalan kısmıyla işleme devam etmesi gerekecektir.
Böyle bir sistemin oluşturulmasının ucu süper iletkenler, nanoteknoloji ve kuantum elektroniği alanlarına da değmektedir. Bu alanlar da hala gelişmekte olan gizemli alanlardır. Bilimciler için bunların tümünü fonksiyonel bir biçimde bir kuantum bilgisayarında birleştirmek önemli bir çaba olacaktır.
Yorumlar
Yorum Gönder