Kuantum Bilgisayarlara Doğru...

Bu yazının içerik özgünlüğü henüz kategorize edilmemiştir. Eğer merak ediyorsanız ve/veya belirtilmesini istiyorsanız, gözden geçirmemiz ve içerik özgünlüğünü belirlememiz için [email protected] üzerinden bize ulaşabilirsiniz.

Bilgisayar üreticilerince üretilen işlem gücü muazzam bilgisayarlara rağmen henüz, hız ve işlem kapasitesi bakımından günümüzün bilgisayarları, susuzluğumuzu gidermeye yetmemektedir. Ürettiğimiz bilim ve teknolojiler karmaşıklaştıkça, günümüzde var olan "geleneksel" bilgisayarların ve işlemcilerin (hatta "süperbilgisayarların" bile) işlem gücü, bu kadar 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 gerekirdi! Süperbilgisayarlarla bile bu tür analizler kimi zaman birkaç ay kadar sürebilmektedir. Dolayısıyla incelemek istediğimiz veri miktarı arttıkça, devasa süperbilgisayarlarımız bile hesap makinası gibi kalmaktadır. Peki, bir gün ihtiyacımız ve istediğimiz güçte işlem gücüne sahip bilgisayarlara sahip olabilecek miyiz?

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. Ancak Moore Yasası'nın öngörüsü, son 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 gerekmketedir. 

Teoride, kuantum bilgisayarlar herhangi bir silikon tabanlı bilgisayardan (bugün kullandıklarımızdan) çok daha hızlı ve zor işlemleri gerçekleştirme potansiyeline sahiptir.  Günümüzde bilim insanları zaten belli başlı işlemleri yapabilen temel kuantum bilgisayarları inşa etmişlerdir ama daha pratik kuantum bilgisayarlar için uzun yıllara ihtiyaç vardır. Şimdi gelin kuantum bilgisayarların tam olarak ne olduklarına ve gelecek yıllarda ne için kullanılacaklarına bakalım.

Kuantum bilgisayarların kökenini bulmak için çok geriye gitmek gerekmiyor. Bilgisayarlar her ne kadar 20. yüzyılda icat edildiyse de, ilk kuantum bilgisayarlar sadece 30 yıl önce, Argonne Ulusal Laboratuvarında bir fizikçi olan Paul Benioff tarafından kuantum teorisi uygulanarak teorize edilmiştir. Bu yazıyı okumak için kullandığınız çoğu bilgisayar, "Turing Teorisi"ne dayanmaktadır. Bu teoriyi kısaca tanıyacak olursak:

Turing Teorisi dahilinde hayal edilen soyut bir düşünce olan "Turin makinası", Alan Turing tarafından 1930'da geliştirilmiş, küçük karelere bölünmüş sınırsız uzunlukta banttan oluşan bir teorik cihazdır. Her kare bir rakam veya sembol tutar (1 veya 0). Bir okuma-yazma cihazı belli bir programı gerçekleştirmek için makineye talimatları veren bu rakam ve sembolleri okur. Bu makina, gerçek bir bilgisayar değildir; sadece, bilim insanlarının bir makinanın işlem gücünü anlayabilmeleri için geliştirilmiş hayali bir cihazdır. Dolayısıyla, kuantum bilgisayarlar ile silikon bilgisayarlar arasındaki farkı anlamak için de, bu "Turing Makinası" ile "Kuantum Turing Makinası" arasındaki farka bakılabilir. Normal bir Turing makinasıyla sadece bir seferde bir hesaplama yapmak mümkünken, bir kuantum Turing makinası ile aynı anda birçok hesaplama yapabilir.

Bugünün bilgisayarları ikilik sayı sistemiyle (0 ve 1) çalışırken, kuantum bilgisayarlar 2 bitle sınırlı değildir ve kuantum-bitleri (qubits) denen kodlama sistemiyle çalışırlar. Kuantum bilgisayarların bellek ve işlemcileri, sadece elektron akışını değil, atomları, iyonları, fotonları, elektronları veya ileri boyutta diğer atomaltı parçacıkları kullanır. Kuantum bilgisayarlar aynı anda birçok işlemi gerçekleştirmek için atomaltı parçacıklara ihtiyaç duyar. Daha sonra bu farklı atomaltı parçacıklardan elde edilen verileri bir araya getirerek tekil bir işleme dönüştürürler. Buna, "süperpozisyon" adı verilir. Kubitlerin, bitlerden farklı olarak sahip olduğu bu süperpozisyon özelliği, kuantum bilgisayarlara kendi yapısal/içsel parallel işlem kapasitesini veren unsurdur. Bu paralellik (paralelizm) sayesinde bir kuantum bilgisayar, sıradan bir bilgisayara göre kat kat yüksek işlem gücüne sahip olur.

Son olarak, kuantum bilgisayarlar alanındaki bazı gelişmelere bir göz atalım. Bahsettiğimiz gibi, kuantum bilgisayarların gelecekte günümüzdeki bilgisayarların yerini alması umulmaktadır. Ancak şu an için pratik şekilde kullanılabilir bir kuantum bilgisayar geliştirmek için gerekli teknolojiye sahip değiliz. Bu nedenle kuantum bilgisayarlar alanında çalışmalar halen oldukça teorik bir boyutta sürdürülüyor. Buna rağmen, birkaç anahtar gelişme sayesinde son yıllarda bu alanda birçok adım atılabilmiştir.

 

1998: Los Alamos Ulusal Laboratuvarı ve MIT araştırmacıları alanin (kuantum hata düzeltmek için kullanılan klor içeren bir hidrokarbon) içeren sıvı bir çözelti ile moleküllerde üç nükleer spin boyunca tek bir kubit üretmeyi başardılar. 

2000: Mart ayında, Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'nda bilim insanları sıvı bir damla içinde 7-kubit kuantum bilgisayarın gelişimini duyurdu. Kuantum bilgisayarlarda, transkrotonik asit, 6 hidrojen, 4 karbon atomundan yapılmış moleküllerden oluşan basit moleküllerin atomik çekirdek partikülleri işlenmek için Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) kullanılır. NMR, parçacıklara elektromanyetik darbeler uygularlar. Manyetik alana paralel ya da karşı pozisyondaki bu parçacıklar kuantum bilgisayarlar ile dijital bilgisayarların bitlik bilgi kodlama özelliğini taklit ederler.

2001: IBM ve Stanford Üniversitesi'nden bilim insanları başarıyla kuantum bilgisayara "Shor Algoritması"nı (şifrelemeyle ilgili bir algoritma) işlemeyi ve görüntülemeyi başardı.

2005: Innsbruck Üniversitesi Kuantum Optik ve Kuantum Bilgi Enstitüsü'nden bilim insanları, iyon tuzakları kullanarak ilk kubayt'lık (8 kubit) dizi üretmeyi başardıklarını açıkladı.

2007: Kanadalı bir şirket, 16-kubitlik kuantum bilgisayar üretti. Bilgisayar bir sudoku bulmaca ve desen eşleştirme problemlerini başarıyla çözdü.

 

Bu şekilde devam eden gelişmeler sayesinde, gelecekte daha işlevsel ve genel amaçlı kuantum bilgisayarlar inşa edilebilir. Bunların aşırı karmaşık kodları çözmede, şifrelemede ve yüksek karmaşıklık değerine sahip analizleri yapabilme konusunda yararlı olacakları umulmaktadır. Ayrıca kubitler sayesinde veri güvenliği konusunda da çağ atlanması umulmaktadır.  Genel olarak bakıldığında gelişmeler son derece umut verici olsa da, kuantum bilgisayarların dünya problemlerini çözebilecek seviyeye ulaşması için en azından birkaç düzine kubitlik bilgisayarlara ihtiyaç vardır. Bunlara ne kadar sürede ulaşacağımızı bekleyip göreceğiz.


Düzenleyen: ÇMB

Kaynaklar ve İleri Okuma:

  1. ScienceDaily
  2. A Brief History of Quantum Computing
  3. How Stuff Works

Yüz Yüze Yapılan GDO Münazarasında Kazanan Taraf GDO Savunucuları Oldu!

Mars'taki Bir Kraterin Bir Zamanlar Su Dolu Bir Göl Olduğu Tespit Edildi!

Yazar

Ahmet Paker

Ahmet Paker

Yazar

Katkı Sağlayanlar

Çağrı Mert Bakırcı

Çağrı Mert Bakırcı

Editör

Evrim Ağacı'nın kurucusu ve idari sorumlusudur. Popüler bilim yazarı ve anlatıcısıdır. Doktorasını Texas Tech Üniversitesi'nden almıştır. Araştırma konuları evrimsel robotik, yapay zeka ve teorik/matematiksel evrimdir.

Konuyla Alakalı İçerikler

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
Geri Bildirim