Kuantum bilgisayarlar, verileri depolamak ve hesaplamalar yapmak için kuantum fiziğinin özelliklerini kullanan makinelerdir. Bu, en iyi süper bilgisayarlarımızı bile büyük ölçüde geride bırakabilecekleri belirli görevler için son derece avantajlı olabilir.
KLASİK BİLGİSAYAR NEDİR?
Eski delikli kart toplayıcılarından modern süper bilgisayarlara kadar, geleneksel (veya klasik) bilgisayarlar temelde aynı şekilde çalışır. Bu makineler genellikle hesaplamaları ardışık olarak gerçekleştirir ve ikili bilgi bitlerini kullanarak veri depolar. Her bit 0 veya 1’i temsil eder.
İkili koda birleştirilip mantık işlemleriyle işlendiğinde, basit işletim sistemlerinden en gelişmiş süper bilgisayar hesaplamalarına kadar her şeyi oluşturmak için bilgisayarları kullanabiliriz.
KUANTUM BİLGİSAYARI NEDİR?
Kuantum bilgisayarlar klasik bilgisayarlara benzer şekilde çalışır ancak bitler yerine kuantum hesaplama kübitleri kullanır. Bu kübitler, atomlardan yapılmış alt atomik parçacıklar, süperiletken elektrik devreleri veya yalnızca iki duruma (0 veya 1) değil, bir dizi genlikte verinin hem 0 hem de 1’e uygulandığı diğer sistemler gibi davranan özel sistemlerdir. Bu karmaşık kuantum mekaniksel kavrama süperpozisyon denir. Kuantum dolanıklığı adı verilen bir süreçle, bu genlikler aynı anda birden fazla kübite uygulanabilir.
Kuantum ve Klasik hesaplama arasındaki fark
KLASİK BİLİŞİM
Yaygın, çok amaçlı bilgisayarlar ve cihazlar tarafından kullanılır.
Bilgileri, olası durumların ayrık sayısı olan 0 veya 1’den oluşan bitlerde depolar.
Verileri mantıksal ve sıralı bir şekilde işler.
KUANTUM HESAPLAMA
Uzmanlaşmış ve deneysel kuantum mekaniği tabanlı kuantum donanımları tarafından kullanılır.
Bilgiyi 0, 1 veya 0 ve 1’in üst üste gelmesi şeklinde kübitlerde depolar.
Girişime dayalı olarak paralel örneklerde kuantum mantığıyla veri işler.
Kuantum işlemciler matematiksel denklemleri klasik bilgisayarların yaptığı şekilde gerçekleştirmez. Karmaşık bir hesaplamanın her adımını hesaplaması gereken klasik bilgisayarların aksine, mantıksal kübitlerden yapılan kuantum devreleri farklı işlemlerle aynı anda muazzam veri kümelerini işleyebilir ve belirli problemler için verimliliği büyüklük sırasına göre artırabilir.
Kuantum bilgisayarları bu kabiliyete sahiptir çünkü olasılıkçıdırlar ve bir soruna en olası çözümü bulurlar. Geleneksel bilgisayarlar ise kesindir ve herhangi bir girdinin belirli tekil sonucunu belirlemek için zahmetli hesaplamalar gerektirir.
Geleneksel bilgisayarlar genellikle tekil cevaplar sağlarken, olasılıksal kuantum makineleri tipik olarak olası cevap aralıkları sağlar. Bu aralık, kuantumu geleneksel hesaplamadan daha az kesin gösterebilir ancak kuantum bilgisayarlarının bir gün çözebileceği inanılmaz derecede karmaşık problemler için, bu hesaplama yöntemi potansiyel olarak yüz binlerce yıllık geleneksel hesaplamaları kurtarabilir.
Tam anlamıyla gerçekleştirilmiş kuantum bilgisayarları, büyük veri kümeleri gerektiren veya gelişmiş asal çarpanlara ayırma gibi diğer problemleri çözmek için klasik bilgisayarlardan çok daha üstün olsa da, kuantum hesaplama her problem veya çoğu problem için ideal değildir.
Gerçekçi olarak, klasik bilgisayarlar mevcut uygulamalarının çoğunda kullanılmaya devam edecektir. Ancak, bulut bağlantılı kuantum bilgisayarlar veya hibrit ekosistemler, çok çeşitli gelişmiş uygulamaları keşfetmek için halihazırda uygulanmaktadır. Kuantum bilişimi ilerlemeye devam ettikçe, bu gelişmiş teknolojinin yalnızca mevcut endüstrileri etkilemesini değil, aynı zamanda potansiyel olarak tamamen yeni endüstrilerin de kilidini açmasını bekleyebiliriz.
Kuantum bilişim, en güçlü klasik bilgisayarların bile çözemeyeceği sorunları çözmek için kuantum mekaniğinin benzersiz niteliklerinden yararlanan, son teknoloji bilgisayar biliminin ortaya çıkan bir alanıdır.
Kuantum bilişim alanı, kuantum donanımı ve kuantum algoritmaları da dahil olmak üzere bir dizi disiplini içerir. Hala geliştirme aşamasında olsa da, kuantum teknolojisi yakında süper bilgisayarların çözemediği veya yeterince hızlı çözemediği karmaşık sorunları çözebilecektir.
Kuantum fiziğinden yararlanarak, tam olarak gerçekleştirilmiş kuantum bilgisayarları, modern makinelerden kat kat daha hızlı bir şekilde, son derece karmaşık sorunları işleyebilir. Bir kuantum bilgisayarı için, klasik bir bilgisayarın binlerce yılda tamamlayabildiği zorluklar dakikalar meselesine indirgenebilir.
Alt atomik parçacıkların incelenmesi, kuantum mekaniği olarak da bilinir, benzersiz ve temel doğal prensipleri ortaya çıkarır. Kuantum bilgisayarlar, bu temel fenomenleri olasılıksal ve kuantum mekaniksel olarak hesaplamak için kullanır.
Akıllı telefonlar ve dizüstü bilgisayarlar gibi klasik bilgisayarlar, bilgileri 0’lar veya 1’ler olabilen ikili “bitler” halinde kodlar. Bir kuantum bilgisayarında, belleğin temel birimi bir kuantum biti veya kübittir.
Kübitler, bir elektronun dönüşü veya bir fotonun yönelimi gibi fiziksel sistemler kullanılarak yapılır. Bu sistemler aynı anda birçok farklı düzenlemede olabilir, bu özellik kuantum süperpozisyonu olarak bilinir. Kübitler ayrıca kuantum dolanıklığı adı verilen bir fenomen kullanılarak ayrılmaz bir şekilde birbirine bağlanabilir. Yani bir dizi kübit aynı anda farklı şeyleri temsil edebilir.
Örneğin, sekiz bit, klasik bir bilgisayarın 0 ile 255 arasındaki herhangi bir sayıyı temsil etmesi için yeterlidir. Ancak sekiz kübit, bir kuantum bilgisayarının aynı anda 0 ile 255 arasındaki her sayıyı temsil etmesi için yeterlidir. Birkaç yüz dolanık kübit, evrendeki atom sayısından daha fazla sayıyı temsil etmek için yeterli olacaktır.
Kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarlara göre üstünlükleri burada ortaya çıkar. Çok sayıda olası kombinasyonun olduğu durumlarda, kuantum bilgisayarları bunları aynı anda değerlendirebilir. Örnekler arasında çok büyük bir sayının asal çarpanlarını veya iki yer arasındaki en iyi rotayı bulmaya çalışmak yer alır.
Kuantum mekaniğinin dört temel ilkesi
Kuantum hesaplamayı anlamak, kuantum mekaniğinin şu dört temel ilkesini anlamak gerektirir:
Üst üste binme: Üst üste binme, bir kuantum parçacığının veya sisteminin yalnızca bir olasılığı değil, birden fazla olasılığın birleşimini temsil edebilme durumudur.
Dolaşıklık: Dolaşıklık, birden fazla kuantum parçacığının, normal olasılığın izin verdiğinden daha güçlü bir şekilde ilişkilendirildiği süreçtir.
Dekoherans: Dekoherans, kuantum parçacıklarının ve sistemlerinin bozunması, çökmesi veya değişmesi, klasik fizikle ölçülebilen tekil durumlara dönüşmesi sürecidir.
Girişim: Girişim, dolanık kuantum durumlarının etkileşime girebildiği ve daha fazla veya daha az olası olasılıklar üretebildiği olgudur.
Ancak, klasik bilgisayarların kuantum bilgisayarlardan daha iyi performans göstereceği birçok durum da olabilir. Bu nedenle, geleceğin bilgisayarları bu iki türün bir kombinasyonu olabilir.
Şimdilik, kuantum bilgisayarlar oldukça hassastır: ısı, elektromanyetik alanlar ve hava molekülleriyle çarpışmalar bir kübitin kuantum özelliklerini kaybetmesine neden olabilir. Kuantum dekoheransı olarak bilinen bu süreç, sistemin çökmesine neden olur ve dahil olan parçacık sayısı arttıkça bu daha hızlı gerçekleşir.
Kuantum bilgisayarlar klasik bilgisayarlarla bazı özellikleri paylaşır. Örneğin, her iki bilgisayar türü de genellikle çiplere, devrelere ve mantık kapılarına sahiptir. İşlemleri algoritmalar (esas olarak ardışık talimatlar) tarafından yönetilir ve bilgiyi temsil etmek için birler ve sıfırlardan oluşan ikili bir kod kullanırlar.
Her iki bilgisayar türü de bu birleri ve sıfırları kodlamak için fiziksel nesneler kullanır. Klasik bilgisayarlarda, bu nesneler bitleri (ikili basamakları) iki durumda kodlar; örneğin, bir akım açık veya kapalıdır, bir mıknatıs yukarı veya aşağıyı gösterir.
Kuantum bilgisayarlar, bilgiyi çok farklı şekilde işleyen kuantum bitleri veya kübitler kullanır. Klasik bitler her zaman bir veya sıfırı temsil ederken, bir kübit durumu ölçülene kadar aynı anda bir ve sıfırın üst üste binmesinde olabilir.
Ek olarak, birden fazla kübitin durumları birbirine dolanabilir yani birbirlerine kuantum mekaniksel olarak bağlıdırlar. Üst üste binme ve dolanıklık, kuantum bilgisayarlarına klasik hesaplamada bilinmeyen yetenekler kazandırır.
Kübitler, iyon adı verilen elektrik yüklü atomlar veya elektronlar üzerinde oynanarak veya litografi adı verilen bir baskı yöntemi kullanılarak süperiletken kübit devreleri gibi sözde yapay atomların nanomühendislik yoluyla üretilmesiyle yapılabilir.
Kuantum hesaplamayı daha iyi anlamak için, iki karşı sezgisel fikrin her ikisinin de doğru olabileceğini düşünün. Birincisi, ölçülebilen nesnelerin (tanımlı olasılık genliklerine sahip üst üste binen kübitler) rastgele davranmasıdır. İkincisi, birbirlerini etkilemek için çok uzakta olan nesnelerin (dolaşık kübitler) yine de, tek tek rastgele olsalar da, bir şekilde güçlü bir şekilde ilişkili olan şekillerde davranabilmesidir.
Kuantum bilgisayardaki bir hesaplama, hesaplama durumlarının bir üst üste binmesini hazırlayarak çalışır. Kullanıcı tarafından hazırlanan bir kuantum devresi, bir algoritma tarafından yönetildiği gibi, bu farklı durumlar arasında girişime yol açan dolanıklık oluşturmak için işlemler kullanır. Birçok olası sonuç girişim yoluyla iptal edilirken, diğerleri yükseltilir. Yükseltilen sonuçlar, hesaplamanın çözümleridir.
Kuantum bilgisayarları var mı?
Yeni doğan kuantum bilgisayarları on yıldan uzun süredir çeşitli biçimlerde mevcuttur. Birçok teknoloji şirketi halihazırda çalışan kuantum bilgisayarlarına sahiptir ve bunları ilgili programlama dilleri ve yazılım geliştirme kaynaklarıyla birlikte kullanıma sunmaktadırlar.
Kuantum kapılarının mantıksal işlemlerle kübitleri kontrol ettiği en geniş potansiyel kullanımlara sahip teknoloji, hızlı hareket eden, erken geliştirme aşamasındadır. Günümüzde, bu tür bilgisayarların genellikle 100’den az kübiti vardır. Kübitler, onları mutlak sıfıra yakın bir sıcaklığa soğutan ve manyetik ve elektriksel girişimden koruyan iç içe geçmiş bölmelerin içinde bir kuantum durumunda tutulur.
Bu teknoloji, 2019 yılında bir kuantum bilgisayarının klasik bir süper bilgisayarın aynı problemi çözmek için ihtiyaç duyacağı zamanın çok altında bir sürede tamamlamasıyla bir dönüm noktasına ulaştı. Bu başarı bir ilke kanıtı olarak kabul edilir; bu tür kuantum bilgisayarların pratik problemleri çözmek için kullanılmasının yıllar alması bekleniyor.
Kuantum hesaplamaya yönelik farklı bir yaklaşım olan kuantum tavlama, geliştirme aşamasında daha ileri bir aşamadadır ancak belirli bir hesaplama türüyle sınırlıdır. Bu yaklaşımda, kriyojenik bir buzdolabında bulunan bir kuantum bilgisayarı, karmaşık problemlere en iyi çözümleri hızla tahmin etmek için binlerce kübit kullanır. Yaklaşım, birçok değişkeni ve olası çözümü olan ikili optimizasyon problemleri adı verilen matematiksel problemlerle sınırlıdır. Bazı şirketler ve ajanslar, planlama, tasarım, lojistik ve malzeme keşfiyle ilgili problemleri ele almak için bu tür bilgisayarları satın aldı.
Yaygın olarak kullanılabilen kuantum bilgisayarları ne zaman kullanıma sunulacak?
Genel amaçlı kuantum bilgisayarlarının çeşitli pratik sorunlara uygulanabilmesi yıllar alabilir. Yararlı işler yapmak için muhtemelen binlerce kübite ihtiyaç duyacaklardır ve ölçeklendirme zorluklar getirmektedir.
Çok sayıda kübiti izole etmek daha zordur ve eğer çevrelerindeki moleküller veya manyetik alanlarla etkileşime girerlerse çökerler veya uyumsuzlaşırlar, süperpozisyon ve dolanıklığın temel ama kırılgan özelliklerini kaybederler. Ne kadar çok kübit varsa, makinenin hata yapma olasılığı o kadar artar çünkü tek tek kübitler çevre tarafından bozulmaktadır.
Teorisyenler ve deneyciler hataları azaltmak, kübitlerin kuantum durumlarında kalabileceği süreyi uzatmak ve sistemin hata toleransını artırmak, hataların varlığında bile sistemin doğruluğunu korumak için stratejiler geliştirmeye devam etmektedirler.
Araştırmacılar kübitler ve kuantum bilgisayarlar için yeni tasarımlar icat ediyor ve mevcut teknolojiyi geliştiriyorlar. Yerleşik ve daha yeni stratejilerin ölçeklenmesi, güvenilirliğinin artması ve potansiyellerinin gösterilmesi elbette zaman alacaktır.
Caltech kuantum hesaplamayı nasıl etkiledi?
Kuantum hesaplama alanı başlangıcından itibaren Caltech tarafından şekillendirilmiştir. Atılımlar, mezunlar ve mevcut Caltech bilim insanları ve mühendislerinden gelmiştir. Bunlardan bazıları, Kuantum Bilgi ve Madde Enstitüsü ve öncülleri; Kavli Nanobilim Enstitüsü; yeni AWS Kuantum Hesaplama Merkezi ve Caltech tarafından yönetilen bir NASA laboratuvarı olan JPL gibi Caltech merkezleriyle bağlantılıdır.
Eğitim ve farkındalık, herkesin kendi çevrimiçi etkinliklerini güvenli bir şekilde yönetmesi için gerekli araçlar ve bilgilerle güçlendirilmesi için kilit alanlardır.
Hepimiz bir şekilde dijital istismardan etkilenebiliriz.
Modern teknolojiler gelişmeye devam ederken, bu yeni dijital çağda güvenli ve kendinden emin bir şekilde yaşama hakkında daha fazla şey öğrenmek için her fırsatı değerlendirmeliyiz.
Dünyanın giderek dijital hale gelmesiyle birlikte, internete erişim artık bilinçli bir karardan ziyade bir zorunluluk olarak görülmektedir. Seçimimiz ne olursa olsun, hayatımız teknoloji etrafında dönmektedir.
Olumsuzluk yaşamanız durumunda Media3m Bilişim Ekibinden destek alabilir, bu olumsuz durumu atlatabilirsiniz.
Şu anda kendinizi güvende hissetmiyorsanız, teknik ekibimizden destek alınız. Güvenliğiniz bizim için önemlidir. Bizimle iletişime geçebilirsiniz.
Doğru çözümler ve çevrimiçi itibar stratejileri konusunda size yardımcı olabilmek için çalışıyoruz.
Ücretsiz danışmanlık hizmetimizden bize ulaşarak yararlanabilirsiniz.
Talebinizi ilettiğiniz Uzmanlarımız durumunuzu gözden geçirerek fiyatlandırma, çözüm ve zaman dilimlerini hakkında size bilgi aktarımı yapacaklardır.
Sivil hakları ve sivil özgürlükleri tehdit eden çevrimiçi ihlallerle mücadele etmek Media3m ekibinin en önemli misyonudur.
Biliniz ki zor anlarınızda her zaman yanınızdayız.
Hizmetlerimiz hakkında daha fazla yazı okumak için lütfen tıklayınız.
WhatsApp İletişim