Bilgisayarlar onlarca yıldır bilgileri işlemeyi kolaylaştırıyor. Ancak kuantum bilgisayarlar, hesaplamayı tamamen yeni bir seviyeye taşıyor. Günümüz bilgisayarlarının sınırlarının ötesinde çok karmaşık istatistiksel sorunları çözme potansiyeline sahipler. Kuantum bilişimi, teknolojide bir sonraki büyük trendlerdene biri olarak tanımlanıyor. Bilgi teknolojisinde devrim yaratan kuantum hesaplamanın tek başına 2035 yılına kadar yaklaşık 1.3 milyona dolarlık bir değere sahip olacağı söyleniyor. Birler ve sıfırlardan oluşan ikili dünyada, kuantum bilgisayarlar sıradan bilgisayarların üstesinden gelmesinin neredeyse imkansız olduğu görevleri tamamlayabilen olağanüstü elektronik beyinleriyle hesaplamanın Albert Einstein’ı. Peki, Türkiye’de de yakında tanıtılacak kuantum bilgisayarlar nasıl çalışıyor, özellikleri neler?
Kuantum bilgisayar nedir 🖥️
Kuantum bilgisayar, fizikteki temel teori olan kuantum mekaniğinin prensiplerini kullanan bir bilgisayar türüdür. Kuantum bilgisayarlar, verileri depolamak ve hesaplama yapmak için kuantum fiziğinin özelliklerini kullanan makinelerdir. Kuantum bilgisayarda temel bellek birimi kübittir. Kuantum bilişim, en güçlü klasik bilgisayarların bile yeteneklerinin ötesinde sorunları çözmek için kuantum mekaniğinin benzersiz niteliklerini kullanan, son teknoloji bilgisayar biliminin bir alanıdır. Kuantum hesaplama, çok sayıda olasılığı eleme ve karmaşık problemlere ve zorluklara olası çözümler üretme özelliğine sahiptir. Klasik bilgisayarlar bilgileri 0’lar ve 1’ler halinde bit olarak depolarken, kuantum bilgisayarlar kübitleri kullanır.
Kuantum bilgisayar nasıl çalışır ℹ️
Klasik bilgisayarla kuantum bilgisayar arasındaki temel fark, kuantum bilgisayarların katlanarak daha fazla bilgi depolamak için bitler yerine kübitler kullanmasıdır. Kuantum hesaplama ikili kod kullanırken, kübitler bilgileri klasik bilgisayarlardan farklı şekilde işler. Peki kübit ya da kuantum biti nedir? Kübit (kuantum biti) nedir? 🤔
Kübitler, atomlardan, süperiletken elektrik devrelerinden veya bir dizi genlikte veriyi hem 0 hem de 1’e uygulayan diğer sistemlerden oluşan atom altı parçacıkları gibi davranan özel sistemlerdir. Kübitler, fotonlar, elektronlar, tuzaklanmış iyonlar ve atomlar gibi kuantum parçacıklarını manipüle ederek ve ölçerek oluşturulur. Kübitler son derece soğuk tutulmalıdır. Günümüzde kuantum hesaplamada kullanılan yaygın kübit türleri arasında; süper iletken kübitler, tuzaklanmış iyon kübitleri, kuantum noktaları, fotonlar ve nötr atomlar sayılabilir.
Kuantum bilgisayarların çalışma şekli şöyledir; Dizüstü bilgisayarınızı ve akıllı telefonunuzu çalıştıran teknoloji olan klasik hesaplama, bitler üzerine kuruludur. Bit, sıfır veya bir depolayabilen bir bilgi birimidir. Buna karşılık, kuantum hesaplama, sıfırları ve birleri depolayabilen kuantum bitleri veya kübitler üzerine kuruludur. Kübitler, sıfır ve birin herhangi bir kombinasyonunu aynı anda temsil edebilir; buna süperpozisyon denir ve herhangi bir kuantum durumunun temel özelliğidir. Çipler, tıpkı klasik hesaplamada olduğu gibi kübitleri depolayan fiziksel donanımlardır.
Klasik bir bilgisayar birden fazla değişkeni olan bir problemi çözerken, her değişken değiştiğinde yeni bir hesaplama yapmak zorunda kalır. Her hesaplama, tek bir sonuca giden tek bir yoldur. Ancak kuantum bilgisayarlar, süperpozisyon yoluyla paralel olarak birçok yolu keşfedebilir. Ek olarak, kübitler birbirleriyle etkileşime girebilir. Buna dolanıklık denir. Dolanıklık, kübitlerin üssel olarak ölçeklenmesini sağlar. Örneğin; iki kübit dört bit bilgiyi depolayabilir ve işleyebilir. Bu üstel ölçekleme kuantum bilgisayara klasik bilgisayarlardan çok daha fazla güç verir.
Günümüzün klasik bilgisayarları nispeten basittir. Sınırlı bir girdi kümesiyle çalışırlar ve bir algoritma kullanarak cevap üretirler; girdileri kodlayan bitler birbirleriyle ilgili bilgiyi paylaşmaz. Kuantum bilgisayarlar farklıdır. Öncelikle, veriler kübitlere girildiğinde, kübitler diğer kübitlerle etkileşime girerek aynı anda birçok farklı hesaplamanın yapılmasına olanak tanır. Kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarlardan çok daha hızlı çalışabilmesinin nedeni budur. Ayrıca kuantum bilgisayarlar klasik bilgisayarlar gibi tek bir net cevap sunmaz; bunun yerine, bir dizi olası cevap sunar. Kapsamı sınırlı olan hesaplamalar için klasik bilgisayarlar hala tercih edilen araçlardır. Ancak çok karmaşık problemler için kuantum bilgisayarlar olası cevapların aralığını daraltarak zamandan tasarruf sağlatabilir.
Kuantum bilgisayar nerelerde kullanılabilir 💡
Kuantum bilişim, ilaç, kimya mühendisliği ve bilgi ve iletişim teknolojisinden finans, otomotiv ve havacılık gibi çeşitli sektörlerde kullanılabilir. Kuantum bilgisayarlar, büyük ölçekli veri kümelerinin işlenmesini hızlandırma potansiyeline sahip belirli karmaşık sorunları çözmede mükemmeldir. Yeni ilaçların geliştirilmesinden ve makine öğreniminin yeni bir yolla gerçekleştirilmesinden tedarik zinciri optimizasyonuna ve iklim değişikliği mücadelesine kadar, kuantum hesaplama, birçok kritik sektörde atılımların anahtarını elinde tutar. İşte kuantum bilgisayarların kullanabileceği birkaç alan: - Kriptografi: Gelişmiş veri şifreleme
- Yapay Zeka: Karmaşık algoritmaların daha hızlı işlenmesi
- Savunma: Stratejik teknolojilerin geliştirilmesi
- İklim modellemesi: Küresel ısınma ve felaket senaryolarının simülasyonu
- Malzeme bilimi: Yeni nesil materyallerin keşfi
Kuantum bilgisayar özellikleri ⚛️
Süperpozisyon ve dolanıklık, kuantum bilgisayarların temeli olan kuantum fiziğinin iki özelliğidir. Kuantum bilgisayarların geleneksel bilgisayarlardan katbekat yüksek hızlarda ve çok daha az enerji tüketimiyle işlemleri gerçekleştirmesini sağlarlar. - Süperpozisyon: Bir kübitin aynı anda hem 0 hem de 1 değerlerinde olabilme özelliğini ifade eder. Klasik bilgisayarların sadece belirli bir anda bir değere sahip olabilen bitlerinden farklıdır.
- Dolanıklık (Entanglement): İki veya daha fazla kübit arasında özel bir bağlantıdır. Eğer iki kübit dolanıklı ise, mesafe önemli olmaksızın birinde yapılan bir ölçüm diğerini anında etkiler, Kuantum Dolanıklığı, klasik bilgisayarlarda mümkün olmayan bir bağlantı şeklidir.
- Üstünlük: Kuantum bilgisayarlarının önemli bir özelliği, bazı özel görevleri klasik bilgisayarlardan daha hızlı ve etkili bir şekilde gerçekleştirebilmeleridir. Bu, kuantum üstünlüğü olarak adlandırılır.
- Kübit durumlarının okunması: Kübitlerin durumları, kuantum süperpozisyonu ve dolanıklık gibi kuantum özellikleri kullanılarak manipüle edilir. Kübit durumları ölçüldüğünde, belirli bir değere düşer (0 veya 1).
- Kuantum kapıları: Kübitler üzerinde belirli operasyonları gerçekleştiren matematiksel operatörlerdir. Bu kapılar, kuantum algoritmalarını oluşturmak için kullanılır.
- Kuantum devreleri: Kübitlerle kuantum kapıları arasındaki etkileşimleri gösteren bir dizi hesaplama adımını temsil eder. Kuantum algoritmalar, belirli problemleri çözmek için bu devreleri kullanır.
Kuantum bilgisayar üreten firmalar 🧐
Kuantum bilişim alanında birkaç sektör devi öncü olarak kendilerini kanıtladı. Kuantum bilgisayar kimlerde var merak edenler için kuantum bilgisayar yapan şirketler: 1️⃣ IBM
Kuantum bilgisayarlarda lider olan IBM, geçen yıl Heron adlı IBM yapımı bir çip tarafından desteklenen modüler kuantum bilgisayarı olan Quantum System Two‘yu piyasaya sürdü. Çip, kuantum sisteminde kuantum durumlarının kaybına yol açan bir olay olan dekoheransı ortadan kaldırarak hata düzeltmeyi iyileştiriyor. Daha yakın bir zamanda IBM, kendisinin çapraz rezonans kapısı teknolojisine dayanan 1.121 süperiletken kübit kuantum işlemcisi olan Condor’u tanıttı. IBM, 2033 yılına kadar 100.000 kübitlik kuantum sistemi üretmeyi planlıyor. 2️⃣ Google Quantum AI
Google Quantum AI, 2019 yılında kuantum bilgisayarı Sycamore ile bir süper bilgisayarın yapabileceğinden daha hızlı bir şekilde rastgele kuantum devresinin çıktısını örnekleyerek kuantum üstünlüğüne ulaştığını duyurdu. IBM, süper bilgisayarlarının bu görevi daha hızlı yapabileceğini iddia etti. Google, on yıl içinde 1 milyon kübitlik kuantum sistemi inşa etmeyi hedefliyor. Bu arada Google Quantum AI’nın açık kaynaklı çerçevesi Cirq, yakın vadeli kuantum bilgisayarlar için yeni kuantum algoritmaları geliştirmek üzere tasarlandı. 3️⃣ Amazon
2019 yılında Amazon Web Services, Richard Feynman’ın 1980’lerin başında kuantum bilgisayarı inşa etme fikrini ilk kez ortaya attığı Caltech’teki bir kampüste kuantum hesaplama merkezi kurdu. Amazon Braket, IonQ, Rigetti, Oxford Quantum Circuits, QuEra ve kendi Amazon Braket Quantum Simulator’ı dahil olmak üzere çeşitli satıcılardan kuantum donanımına erişim sağlayan tam olarak yönetilen bir kuantum bilişim hizmeti. Bu, kullanıcıların farklı donanım mimarilerini denemelerine ve kendi özel ihtiyaçları için en uygun olanı bulmalarına olanak tanıyor. Son zamanlarda AWS, hataları 100 katına kadar azaltabilen, şirket içinde üretilen özel olarak tasarlanmış bir çip tanıttı. 4️⃣ Microsoft
Microsoft Azure, kuantum bilişim için kapsamlı bir araç ve kaynak seti sağlıyor ve ölçeklenebilir ve hataya dayanıklı bir kuantum bilgisayarı geliştirmek için aktif olarak çalışıyor. Azure Quantum platformu, kuantum donanımına, simülatörlere ve geliştirme araçlarına erişim sağlayarak kullanıcıların kuantum algoritmalarını denemelerine ve kuantum bilişiminin potansiyelini keşfetmelerine olanak tanıyor. 5️⃣ Intel
Intel, tam yığınlı ticari kuantum sistemi sunmak için çalışıyor. Şirket yakın zamanda, silicon spin kübit araştırmalarını ilerletmeyi amaçlayan Tunnel Falls adında 12-kübitlik silicon çipi piyasaya sürdü. Şirket, çipi Intel Quantum Yazılım Geliştirme Kiti ile tam kuantum yığınına entegre etmeyi planlıyor. Yeni nesil kuantum çipini 2024’te piyasaya sürmeyi planlıyor ve hata toleranslı kuantum bilgisayarının geliştirilmesini ilerletmek için Chicago Üniversitesi ve Tokyo Üniversitesi ile birlikte çalıştığını duyurdu. 6️⃣ D-Wave
Kuantum hesaplama sistemleri, yazılımları ve hizmetleri alanında lider olan D-Wave, kuantum tavlama adı verilen bir işlemi kullanıyor ve sistemleri Google, NASA Ames ve Volkswagen gibi dünyanın en gelişmiş işletmelerinden bazıları tarafından kullanılıyor. Kuantum tavlama, kapı tabanlı kuantum hesaplamadan farklı ancak karmaşık optimizasyon problemlerini ölçekte çözmede umut vadediyor. Şirket, iş değeri sağlamak için optimizasyon problemlerine odaklanıyor. 7️⃣ Quantinuum
Cambridge Quantum Computing ve Honeywell Quantum Solutions‘ın birleşmesiyle oluşturulan Quantinuum’un H-Serisi tuzaklanmış iyon kuantum bilgisayarları, tüm kübitler arasında dolaşık durumların oluşturulmasına olanak tanıyan ve yüksek doğrulukta kuantum durumları sağlayan all-to-all kübit bağlantısını destekliyor. Quantinuum, kuantum kimyası, kuantum makine öğrenimi ve kuantum yapay zekası için tuzaklanmış iyon ve diğer kuantum hesaplama platformlarında çalışan ara yazılım ve yazılım ürünleri geliştiriyor. 8️⃣ Rigetti
Rigetti Computing, süperiletken kübit teknolojisinden yararlanan entegre kuantum hesaplama sistemleri oluşturup dağıtıyor. Ayrıca programcıların kuantum algoritmaları yazmasını sağlayan Forest adlı bir bulut platformunu sunuyor. 9️⃣ Xanadu
Xanadu, kuantum bilgisayarlar yapan ve kuantum bulut hizmetleri sağlayan tam yığınlı fotonik kuantum bilgisayar şirketi. Şirketin sistemleri fotonik teknolojiye dayanıyor ve pratik kuantum uygulamalarının geliştirilmesini sağlamak için tasarlanıyor. 🔟 Atos Quantum
Atos Quantum, dijital dönüşümde küresel bir lider. Kuantum Öğrenme Makinesi (QLM), araştırmacıların, mühendislerin ve öğrencilerin kuantum yazılımları geliştirmesini ve denemesini sağlayan güçlü bir özel donanım altyapısı. Kuantum bilgisayarları, günümüzün ve geleceğin en yetenekli süper bilgisayarlarını bile geride bırakmayı vadediyor. Ancak geleneksel bilgisayarları ortadan kaldırmayacaklar. Klasik bilgisayarlar, çoğu sorunu ele almak için hala en kolay ve en ekonomik çözüm. Kuantum bilgisayarlar, malzeme biliminden ilaç araştırmalarına kadar çeşitli alanlarda heyecan verici ilerlemelere güç vermeyi vadediyor. Şirketler, elektrikli arabalar için daha hafif ve daha güçlü piller geliştirmek ve yeni ilaçlar yapmaya yardımcı olmak için halihazırda kuantum makinelerle deneyler yapıyor.
