Hypatia Bilim
Kuantum bilgisayar ile klasik bilgisayarlar arasında ne gibi farklılıklar var? Klasik fiziğin sınırları nerede duvara çarpıyor? Muazzam evren ve yaşam simülasyonları, yıllarca süren çözülememiş şifrelerin çözümleri mümkün mü? İşte kuantum bilgisayarlar hakkında az bilinen bazı detaylar!
Transistör gibi kullanışlı bir buluş, bize çağ atlatmayı başardı. Ama onun da bir sınırı var. Daha fazla işlem için küçülmeye başladıkça fiziksel sınırlarına dayanıyor. Artık yeni bir şeyler lazım: Kuantum Bilgisayarlar.
Kuantum bilgisayar ile şu an kullandığımız klasik bilgisayarların farklılıkları açıklamak ile söze başlayalım.
Kuantum Bilgisayar ve Klasik Bilgisayarlar Arasındaki Farklar
Mesela klasik bilgisayarlarda binlerce transistörden (anahtarlama elemanı olarak kullanılan yarı iletken bir elektronik devre elemanı) oluşan işlemciler var. Bu transistörler yıllar geçtikçe daha fazla küçülerek daha ufak bir alana sığdırıldı. böylece hem daha fazla işlemcilerin ufalmasını hem de daha fazla işlem hızına ulaşmamızı sağladı. Artık neredeyse bir atom boyutlarına kadar küçülmüş bilgisayar parçaları fiziksel sınırına dayanmış durumda. Bu ne demek oluyor?
Makro dünyamızı açıklarken evet klasik fizik yasalarımız çalışıyor. Ama atomların dünyasına girdikçe yani mikro dünyamıza girdikçe bizim fizik yasalarımız yerini kuantum fiziği yasalarına bırakmak zorunda.
Neredeyse 10 nanometreye kadar düşürülen transistörler bir virüsten 8 kat, kan hücrelerinden neredeyse 500 kat daha küçüktür. Bu durumda klasik fiziğin sınırları iyice zorlanmaya başlıyor. Burada elektrik, kütle, hareket, ne varsa farklılıklar göstermeye başlıyor.
Sürekli duyduğumuz kuantum tünelleme, kuantum dolanıklık ve benzeri klasik fizik yasalarımızla açıklanması zor olan ne varsa, artık kuantum fiziğine tabi olmaya başlıyor.
Transistörler 3 bacaktan oluşuyor. Üçüncü bacak aslında bir anahtar görevi görüyor. En basit tabirle üzerinden akım geçerse 1, akım geçmezse 0 olacak şekilde ayarlanmakta.
Transistör bunu nasıl yapıyor peki? Birer mantık devreleri, diğer bir deyişle mantık kapıları oluşturarak.
Mantık Kapıları Nedir?
Mantık devreleri “ve/veya” şeklinde tanımlanmış durumda. Örneğin “ve kapıları” şu şekilde işliyor: İki uçtan gelen sinyallerden her ikisi de 1 olmadan 1 çıktısını verilmez.
Sadece biri 1, diğeri 0 ise sonuç sıfırdır. Ama “veya kapılarında” her iki uçtan yalnızca birinin 1 olması yeterlidir.
“Ve kapılarını” seri bağlantı, “veya kapılarını” ise paralel bağlantı olarak düşünebilirsiniz. Yani 2’lik sayma düzeni olan “binary” üzerinde çalışıyorlar.
Klasik bilgisayarlar her şeyi 1’ler ve 0’lar üzerinden açıklar. “1 varsa sinyal vardır, 0 ise sinyal yoktur,” diye basitçe düşünebiliriz. İşte buna bit denir. 1 bit işlem bu şekilde yapılırken, kuantum bilgisayarlarda işlemler biraz daha değişir.
Kuantum Bilgisayarlar Olasılık Üzerine Hareket Eder
Kuantum bilgisayar olasılık üzerine hareket eder. Bu olasılıklar, daha karmaşık yapıları daha hızlı işlem gücüyle kurmasını sağlıyor.
Klasik bilgisayarlardaki bit ismi de bu şekilde kuantumbit yani kubit olarak karşılık buluyor. Kuantum bilgisayardaki 1 kubit, hem 1 hem 0 hem de aradaki her değeri alabiliyor. Buna, kuantum süperpozisyon deniyor.
Kubitler bir olasılığa dayanıyor. Üst üste binme durumunuz gerçekleşirse, 0 ya da 1 olma durumunuz %50 – %50 oluyor. Ama bu olasılık değerlerimizi daha da ilerletebilir, o değerleri de alabilir.
Mesela %75 1, %25 0 ayarına ya da tam tersini alabilmektedir.
Aradaki her değer olasılık olarak mümkündür. Ama eğer siz 1 den fazla kubit kullanırsanız işte burada kuantum dolanıklık oluşur ve kubitler birbirine bağlı çıkarımlar yapmaya başlar.
Birbirine bağlı birçok olasılığı daha karmaşık örgüleri çözümleyerek yoluna devam eder.
2 kubiti aldığınızda 4 durum varmış gibi görünür. Çünkü klasik bilgisayarın bitleri şu şekilde işler:
00
01
10
11
Ama kubitler aynı zamanda aralardaki her değeri alabilir, bu mümkündür. Olasılıkların değerini bitlere göre katbekat artırır.
En basit haliyle anlatmak gerekirse, normal bilgisayarın bir sinyali bir yere karşılık gelirken, kuantum bilgisayarda 1 sinyal birçok noktaya gidebilir. Bunun işlem ve simülasyon hızı da bir hayli güçlenmiş demektir.
Atomaltı Parçacıklar
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.
32 kubitli bir kuantum bilgisayar, teorik olarak 2 üzeri 32 olasılığa yani yaklaşık 4.3Gbit işlem kapasitesine sahipken, sisteme 10 kubit daha ekleyerek (2 üzeri 42) 4.4Tbit kapasiteye ulaşılabilir. 300 kubitli bir sistem evrendeki (tahmin edilen) tüm atomların sayısından fazla olasılığı barındıran bir işlem gücü sunabilme potansiyeline sahiptir.
Aslında burada bahsi geçen bilgilerin çoğu şu anda uygulanabilir durumda. Ama bunların bir kısmı hâlâ mümkün görünmüyor. Teoride her şey güzel olmasına rağmen kuantum dünyası bizim gözlemlerimizde çeşitli sapmalara uğruyor. Bunu çok iyi ayarlamak henüz olanaklı görünmüyor. Konuya dair tartışmalar ise hâlâ devam ediyor. Klasik bilgisayar algoritmaları yerine yeni algoritmalar gerekiyor. Bununla birlikte kubitlerin de bizlerden etkilenmemesi şart.
Eğer kuantum bilgisayar stabil bir şekilde çalıştırılabilirse yüzlerce olasılıkla muazzam evren simülasyonları kurulabilecek. Yaşamın ilk halinden günümüze kadar bütün olasılıklarla oluşmuş yaşam simülasyonları denenebilecek. Yapay zekâların daha derinlikli işlem yapma yetisi olacak. Klasik bilgisayarlarla deneme yanılma yöntemiyle yıllarca süren şifre çözümleri, olasılık hesaplamalarıyla çok daha kısa sürede çözümlenebilecek.
Kuantum bilgisayarlar bizleri heyecanlandırmaya devam ediyor.
Bilim ve sanata dair daha pek çok içeriği Hypatia Bilim YouTube kanalından Nurcan Seven’in anlatımıyla izleyebilirsiniz.
Sizler de kuantum bilgisayarlar hakkındaki bilgilerinizi bizimle Kayıp Rıhtım Forum’da paylaşabilirsiniz.
Kaynaklar: DoS – Domain of Science, Science Alert, New Scientist, Uwaterloo, Dwavesys
Henüz yorum yok. Forum'a gelip sohbete katıl.