KUANTUM BILGISAYARI VE ÇALISMA SISTEMI
Kuantum bilgisayari, kuantum fizigi ilkelerini kullanacak sekilde dizayn edilmis, normal bilgisayarlarin maksimum hesaplama kabiliyetinin, erisebilecekleri seviyenin çok üstlerine çikarildigi yapilara denir. Kuantum bilgisayari küçük ölçekte yapilmistir ve su anda pratik bir modele dönüstürme çabalari sürmektedir.
Kuantum bilgisayarini anlamak için önce normal bilgisayarlara göz atalim.
Bilgisayarlar Nasil Çalisir?
Bilgisayarlar ikili sayi formatinda veri depolayarak islev görür. Seriler halinde 1 ve 0 kombinasyonlarini transistörler gibi elektronik bilesenlerinde tutarlar. Bilgisayarin her bir hafiza bileseni 1 bit olarak tanimlanir. 1 ve 0 modlari (veya "On" ve "Off") arasinda Boolean mantigiyla ve bilgisayar programlarinin algoritmasi tarafindan oynamalar yapilarak bit’ler çesitlendirilir.
Kuantum Bilgisayari Nasil Çalisir?
Kuantum Bilgisayari bilgileri 1 ve 0 seklinde veya bu iki degerin kuantum süperpozisyonu seklinde depo eder. Bu "Kuantum Bit" (Kubit denir kisaca) kombinasyonlari ikili sisteme göre çok büyük bir esneklige sahiptir.
Spesifik olarak kuantum bilgisayari geleneksel bilgisayarlarin hayal dahi edemeyecegi büyüklükte hesaplamalar yapabilecek kabiliyette olacak. Bu konu sifreleme alaninda ciddi bir endise de yaratmaktadir. Bazi kimseler pratikte basarili bir kuantum bilgisayarinin dünyanin finansal sisteminin, simdiki bilgisayarlarin çözmeyi asla basaramayacaklari büyüklükteki sayilardan olusan sifreleme sistemlerini asarak çökerteceginden endise etmektedir.
Kuantum bilgisayardaki bu devasa hizin nasil yaratildigina örnek verelim:
Eger 1 kubit, 1 ve 0 durumlari olmak üzere süper pozisyon durumundaysa ve süper pozisyonda olan bir diger kubit ile birlikte bir hesaplama ortaya koydugunda tek bir hesap sonucunda 4 ayri sonuç elde edilir, bunlar 1/0 , 1/1 , 0/0 , 0/1 degerleridir. Bunlar, matematigin, kuantum sisteme uyguladigi ve süper pozisyondan tek bir duruma çökene kadar ortaya koydugu gerçek degerlerdir. Oysa ayni durumda klasik bilgisayarin yapabilecegi hesaptan çikan sonuç 1/0 veya 0/1 gibi tek bir deger olabilir. Bu durumda, hesaplamaya katilan kubit’lerin arttirilmasi sonucu yapilacak hesap ile, ayni sayida klasik bit’lerin hesap miktari arasinda, katlanarak büyüyen devasa bir fark olusacagi asikardir. Kuantum bilgisayarlarinin esas kabiliyeti eszamanli (paralel) olarak çoklu islem yapabilmesidir ( Buna kuantum paralelizm denir).
Kuantum bilgisayarindaki tam fiziksel mekanizma teorik olarak çok daha kompleks ve sezgisel olarak anlasilmasi güçtür. Genelde bu tarz islemler paralel evrenler yorumuyla açiklanir. Yani çesitli kubit’lerin süper pozisyonda olmasindan dolayi kuantum bilgisayarinda hesaplama sadece bizim evrenimizde degil es zamanli olarak diger evrenlerde de olusur. Tabi ki bunlar teorik yorumlardir.
Kuantum Hesaplamanin Tarihi
Kuantum hesaplamanin çalisma mantiginin temelleri 1959’da Richard Feynmann’in "kuantum etkilerini" daha iyi bilgisayarlar yapmak için kullanma fikrini ortaya koymasina dayanir. Tabi ki kuantum etkileriyle hesaplamadan önce, o zamanlarda bilimciler ve mühendisler geleneksel bilgisayarlari gelistirme çabasindaydi. Bu yüzden yillarca Feynmann’in önerisini hayata geçirecek çapta bir çalisma yapilmamistir.
1985’te Oxford Üniversitesinden David Deutsch tarafindan "kuantum mantik kapilari" fikri ileri sürülerek, kuantum fizigi alani bilgisayarlar içine dahil edildi. Deutsch’un bilimsel makaleleri herhangi bir fiziksel hesaplamanin kuantum bilgisayarlarina uygulanabilecegini gösterdi.
Yaklasik on yil sonra 1994’te Peter Shor adinda bir matematik mühendisi çarpanlara ayrima yapan 6 kubitlik bir algoritma tasarladi. Böylece artik çok küçük çapli bir kuantum bilgisayari gelistirilmisti. Bu olaydan sonra 1998’de küçük hesaplamalari "esfazliligi kaybetmeksizin" birkaç nanosaniyede yapan 2 kubitlik bilgisayar gelistirildi. 2000’de 4 ve 7 kubitlik kuantum bilgisayarlari da basariyla yapildi.
Bu alandaki çalismalar tüm hiziyla devam etmektedir. Baslangiç olarak atilan bu basarili adimlar temel teorinin saglamligini göstermektedir.
Kuantum Bilgisayarlarinin Güçlükleri
Kuantum bilgisayarlarinin ana engeli "Kuantum Esfazlilik" problemidir. Kubit hesaplamalari, kuantum dalga fonksiyonu durumlarin süper pozisyonundayken yapilir. Bu durum 1 ve 0 durumlarinin esfazli olarak hesaplamada kullanimina izin verir. Fakat kuantum sistemde herhangi bir tipte ölçüm yapildigi anda esfazlilik kaybolur ve dalga fonksiyonu tek duruma düser. Bu yüzden bu bilgisayarlar herhangi bir sekilde ölçüm yapmaksizin belli bir süre boyunca hesaplamaya devam etmek durumundadir. Ölçüm sonucunda ise kuantum sistemden çikilacak tam bu asamada bilgisayarin, sistemin kalan kismiyla isleme devam etmesi gerekecektir.
Böyle bir sistemin olusturulmasinin ucu süper iletkenler, nanoteknoloji ve kuantum elektronigi alanlarina da degmektedir. Bu alanlar da hala gelismekte olan gizemli alanlardir. Bilimciler için bunlarin tümünü fonksiyonel bir biçimde bir kuantum bilgisayarinda birlestirmek önemli bir çaba olacaktir.
