Kuantum Bilgisayar Nedir? Nasıl Çalışır?

Kuantum mekaniği yasalarına göre çalışan bir bilgisayar sistemine kuantum bilgisayarlar denilmektedir.

Klasik bilgisayarlarda kullanılan en küçük bilgi birimi olan bit, Kuantum bilgisayarlarında ise qubit (kübit) olarak adlandırılmaktadır. İkili sayısal sistemine göre hazırlanmış bitler fiziksel açıdan mantıksal değerdir. Değerler Evet/Hayır veya 1/0 olarak kullanılmaktadır. Bilgisayarda bulunan kapasitörün yüzeyleri aralarındaki voltaj farkı bit bilgisini vermektedir. Yüklü olan kapasitör 1’i, yüksüz olan kapasitör ise 0’ı temsil etmektedir.

Kuantum bilgisayarlarında ise bu olay kullanılacak olan fiziksel sisteme göre kübit, elektronun değişik durumlarını, ışığın değişik polarizasyonlarını veya atomun enerji seviyelerini belirtmektedir.

İki düzeyli tüm sistemlerin kuantum yasalarına göre bir kübit bilgi taşıdığını söyleyebiliriz. Ancak kuantum mekaniğinin üst üste gelme ilkesi superposition (süperpozisyon) olması takdirde kullanılan kübit ’in hem 0 hem de 1 durumunda bulunabileceğini belirtir. Böylece kuantum sistemlerinde işlem hızı ve veri depolama kapasitesinde hızlı bir artış olacaktır.

Kuantum Bilgisayarlarını asıl önemli yanı ise kullanılan teknolojilerin dışında yeni teknoloji vaat etmesidir. Bu sayede yeni keşfedilen hesaplama yöntemlerini ve yeni algoritmalar keşfetmemizi sağlamaktadırlar.

Kuantum Bilgisayarların Tarihçesi

Kuantum Bilgisayarı kavramını ilk ortaya atan kişi 1982 yılında Richard Feynman tarafından “International Journal of Theoretical Physics”de yayımlanan “Simulating Physics with Computers” adlı makalede bahsetmiştir.

Makalede şu sözleri kullanmıştır: “Kuantum mekaniksel yöntemleri kullanmak için doğadaki işleyişin simülasyonunu yapmak gerekir. Gerçekten böyle bir sorun güzel olurdu; çünkü çok kolay görünmüyor”.

Fakat hesaplamanın önemini David Deutsch ’un ortaya attığı kuantum bilgisayarlar kavramını 1985 yılına kadar yayımlanan makalesine kadar anlaşılmamıştır .

Alan Turing’in geliştirmiş olduğu Turing makinesinden yola çıkarak günümüzde kullanılmakta olan klasik bilgisayarların geliştirilmesine rağmen Deutsch ‘un bahsettiği makalede ki kuantum bilgisayarları geliştirilememiştir.

Kuantum Turing Makinesinin ilk tanımını 1980 yılında Paul Benioff tarafından yapılmıştır. David Deutsch, ilk gerçek Kuantum Turing Makinesi‘ ni 1985 yılında ortaya koymuştur.

Kuantum bilgisayarın içsel durumu, Turing makinesinin bir veya birden fazla içsel durumlarının süperpozisyonu olabilir. İşlenen komutlar ve bantta bulunan veriler, birbirinden ayrı çalışmakta olan ve farklı verilerle farklı çalıştırılan komut satırları, Turing makinelerinin süperpozisyonudur.

Kuantum bilgisayarları , Turing makinesinin yapabildiği işlemleri yapabilmektedir. Kuantum bilgisayarı karmaşıklık teorisi oluştuğu zaman bazı avantajlar oluşturmaktadırlar. Bu sebeple insanın zekâsında ki gerçekleşen davranışları ve işlemleri yapamamaktadır.

Günümüz Bilgisayarları ile Kuantum Bilgisayarları Arasındaki Farklar

Kuantum bilgisayarları ile günümüzde kullanmış olduğumuz bilgisayarların arasında üç ana farklılık bulunmaktadır.

1.Farklılık

İki sistemin bilgi işleme kısmında klasik bilgisayarlarda en küçük bilgi depolama ve işleme birimi olan bit’lerden yapılandırılmıştır. Bu birimler «0» ve «1» ile gösterilmekte olan fiziksel birimlerin sadece birinde olabilirler.

Kuantum bilgisayarları kübitlerden oluştuğu için fiziksel sistemler olarak klasik bilgisayar sistemlerdeki 0 ve 1 hallerine sahip olabilmekle beraber 0 ve 1 arasındaki sınırsız başka halleri de barındırırlar. Bu haller çakışma süperpozisyon halleri olarak adlandırılmaktadır.

Bu ara sayesinde kübit, sıradan bir bit’e oranla çok fazla bilgiyi aynı büyüklükteki fiziksel bir alana sığdırmamıza olanak sağlamaktadır.

2.Farklılık

Kuantum bilgisayarlar ve klasik bilgisayarların ikinci en önemli farklılığı ise üzerlerinde icra edebileceğimiz mantıksal işlemler ve kapsamını belirlemektedir.

Günümüzde kullanmış olduğumuz bilgisayarlar ikili mantığa göre çalışmaktadır. Örnek verecek olursak VE kapısı gibi mantık kapıları ele alındığında girdi olarak iki bit uygulanır ve çıktı olarak sadece bir bit elde edilmektedir.

Kuantum mantık kapıları ise girdiyi bir veya daha fazla kübit alır ve çıktısı ise bir yada daha fazla kübit üretebilmektedir.

3.Farklılık

•Araların üçüncü önemli fark ise çalışan bir bilgisayarın hangi halde olduğunu öğrenmeye çalıştığımızda belirir. Klasik bilgisayarlarda istediğimiz an bitlerin hangi halde olduklarını tam olarak öğrenebiliriz. Fakat kuantum bilgisayarlarında ise bu durumu bilmek teorik olarak imkansızdır.

Kuantum bilgisayarlarını oluşturan kübitlerde hangi çakışma halinin saklı tutulduğunu tam olarak belirleyemeyiz. Yani bilgisayarın herhangi bir andaki hal hakkında sadece kısmi bir bilgiye sahip olabiliriz.

Farklılıkları Anlatan Kısa Bir Örnek

İş merkezinde odalardan birinde çantanızı unuttuğunuzu düşünün. Yapacağınız, odaları teker teker dolaşmak. Yani, hareketleriniz birbirini izleyecek. Tıpkı bir bilgisayarın yaptığı gibi…

İsterseniz aramayı hızlandırabilirsiniz: Her kat için bir arama ekibi oluşturulur; sonra da herkes toplanıp, sonuçlar karşılaştırılır. Sıradan bilgisayarlar, bunu da yapabilirler, biraz daha pahalı olsa da…

Kuantum dünyasındaysa, kendinizin oda sayısı kadar kopyasını yapabilirsiniz. Her kopyanız odalarda aynı anda çantanızı arayabilir ve anında bulabilir. Çantayı bulan kopyanız dışındaki tüm ötekiler yok olur…

Kuantum Bilgisayarların Uygulama Alanları

Gelişen dünyamızda bu bilgisayarların ilerleyen zamanlarda klasik bilgisayarların yerini alacaklar.

Şu an bu bilgisayarların bilinen en önemli uygulamaları şunlardır:

  • Kriptografi: Yüksek seviyede güvenli iletişim.
  • Değerleri büyük sayıların hızlı bir şekilde çarpanlarına ayrılması: Shor’ un Algoritması
  • Algoritmik arama yapabilmesi: Grover’ın algoritması.
  • Mekaniksel kuantum sistemlerinin verimli olarak simülasyonu.

Kriptografi

Kuantum yasalarının elverişli olanakları sayesinde istenilen kullanıcıyla gizli bir iletişim kurulabilir, üçüncü şahsın ise konuşmaları dinlemesine engel olunabilir. Bu alanda geliştirilmiş olan birkaç yöntemin uygulama alanına “kuantum kriptografi” denilmektedir.

Kullanılan kriptografinin ağır basan yönü ise askeri alanlarda kullanılmış olmasıdır. Kullanılan kuantum kriptografi’ nin en önemli deneylerinden biri olan Beyaz Saray ile Pentagon arasında yapılmasıdır.

Kuantum Bilgisayar Neyi Değiştirecek?

Makinelerde gelişme, robotlaşma, şifreleme(Security), bilgisayar teknolojisinde yeni algoritmalar, yeni kuantum mekaniği prensibine dayanan programlar, tıbbi alanda gelişme(Dna dizilimi) ve uzay teknolojisinde devrim gibi birçok alanda ilerleyen zamanlarda etki yaratacaktır. Tabi biz ozamanları görebilirsek gerçi hızla gelişen bu dünyamızda neden olmasın…



Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir