Kuantum bilgisayarlarının normal bilgisayarlardan farkı nedir?

Kuantum kuramına göre aynı cisim aynı anda birden fazla durumda (mesela iki ayrı yerde) olabiliyor. Birden çok durumu olabilen fiziksel sistemleri bilgisayar belleği yapmak için kullanabiliriz; mesela şapkamı masaya koyarsam 0, askıya asarsam 1'i temsil etmesine karar vererek onu bir "bit"lik bir bellek olarak görebilirim. Kuantum özelliklerini yitirmemiş cisimlerden imal edilen bellekler yukarıda anlattığım nedenden ötürü aynı anda hem 0, hem 1 içerebileceklerinden bir bilgisayarın birden çok ("paralel") kopyasını aynı anda aynı problem üzerinde çalıştırıyormuşuz gibi bir etki elde edebiliyoruz. Bazı zekice algoritmalar kimi problemleri bu paralel kopyalardan "yanlış" sonuca gidenlerin (yine bir kuantum etkisi sonucu) birbirlerini "götürüp" yok etmelerini ve geriye sadece doğru sonuca varan kopyaların kalmasını sağlayarak çözebiliyor.

Ayrıca bu içeriğe de mutlaka bakın: https://evrimagaci.org/kuantum-bilgisayar-nedir-gelecegin-bilgisayarlari-nasil-uretiliyor-4136

Normal bilgisayarlar Shannon un klasik enformasyon teorisine göre çalışırken, kuantum bilgisayarlar kuantum enformasyon teorisine göre çalışır.

Normal bilgisayarlarda (yani klasik enformasyon teorisinde) temel birim bit dir. İki farklı durumla temsil edilir, örneğin elektron spini için spin yukarı 1 durumu iken spin aşağı 0 durumunu temsil eder, ya da akımın geçmesi 1 durumunu temsil ederken geçmemesi 0 durumunu temsil eder. Kuantum bilgisayarlarlarda ise temel birim qubit dir. Kuantum fiziğinde sistemin olası bütün durumlarını aynı anda üzerinde taşımasına uygun olarak qubit 0 ve 1 durumunu aynı anda temsil eder.

Normal bilgisayarlar bit ler üzerinde işlem yaparak çalışır. Basit anlamda 0 durumundaki bitin 1 e ya da 1 durumundaki bitin 0 a çevrilmesi olarak düşünülebilir. Kuantum bilgisayarlarda bu işlemler qubit uzeindedir ve sistemin kuantumsal özelliklerini bozmayan uniter ve lineer işlemlerdir.

İşte bu kuantumsal özelliğin bozulmaması zorunluluğu, kuantum enformasyon teorisinde "kopyalanamama teoremi" olarak bilinen teoremi doğurur. Qubit ler üzerinde yaptığınız bir işlemin ara aşamasındaki durumu kopyalayamazsınız. Oysa klasik enformasyon teorisinde böyle değildir. Bu da "hata düzeltme" gibi birtakım işlemlerin kuantum bilgisayarlarında henüz yapılamıyor oluşu ile sonuçlanır. Elbette kuantum hata düzeltme algoritmaları da gelişmektedir.

Qubit lerle kuantum mekaniksel işlem yapılıyor olmasının üstünlüğü, kendisini normal bilgisayarlarla çözülemiyen bazı problemlerin kuantum bilgisayarları ile çözülebilir oluşunda gösterir. Örneğin faktorizasyon problemi normal bilgisayarlarda çözülemez. Bu yüzden klasik şifrelemenin temelinde yer alır büyük sayıların asal çarpanlarına ayrılması. Ancak faktorizasyon problemi kuantum bilgisayarlar ile çözülebilir (Grover algoritması).

Kuantum bilgisayarlar qubit ler üzerindeki kuantumsal etkilerin korunması gereği çok düşük sıcaklıklarda işlem yapan birimler içermek zorundadır. Normal bilgisayarlar böyle değildir, basit bir fanla işlemcinizin çok fazla ısınmamasını sağlamanız yeterli.

Kuantum bilgisayarların fiziksel olarak gerçeklenmesi henüz yolun başındadır. 64 bitlik normal bilgisayarlar bugün herkesin kullanıma sunulmuşken, kuantum bilgisayarlar henüz sadece laboratuvarlarda prototip halindedir.

Elbette gerek teorik gerekse uygulama düzeyinde daha birçok fark mevcuttur. Ancak belli başlı olanları bu şekilde sıralanabilir.