
Fakat kuantum bilgisayarın ne olduğunu anlatacağım
bu yazıdan önce Kuantum Fiziğinin ne olduğundan bahsettiğim yazının okunması
faydalı olacaktır.
Quantum Fiziği Açıklandı : Tıklayınız!
Kuantum Bilgisayarlarda bir partikülün aynı
anda iki durumda olabilmesi söz konusudur. Buna süper pozisyon denir. Süper pozisyon
ile birlikte Kuantum Bilgisayarlarda kullanılan hesaplama biçimi klasik
bilgisayarlarda kullanılan bit’ler yerine qubit’lere dönüşür.
Öncelikle günümüz bilgisayarlarının nasıl
çalıştığından bahsedelim. Günümüz bilgisayarları bit temelli çalışır. Bit’ler ikili
sayı sistemine dayanan yapıdır. 1 ve 0 lardan oluşur yani var, ya da yok. Günümüz
bilgisayarlarında bitlerin kontrolü transistörler ile yapılır. Nanoteknoloji
sayesinde küçükcük bir işlemci içerisinde milyonlarca transistör
sığdırılabiliyor. Transistörler sayesinde var ve yoklar kapılar ile art arda
getiriliyor ve bir sonuca varılıyor.
İçeriğin Video'su :
İçeriğin Video'su :
Qubitlerdeki bu durum kuantum mekaniğindeki
süper pozisyona karşılık gelir. Peki bu Qubit neden yapılır? Bir elektron, bir
atom veya bir molekülden yapılabilir. Yani doğada bulunan gerçek bir
bileşenden.
Sığ tahminler yapılmadan evrendeki en küçük
bileşenin bile bilgisayar ile modellenmesi imkansıza yakındır.
Örnek olarak; 10 elektronlu bir molekülde 1000
tane olası durum vardır.
20 elektronlu bir molekül de ise 1 milyona
yakın olası durum vardır.
Bir laptop en fazla 26 elektronlu sistemi
modelleyebilir. Superbilgisayar ise 43 elektronlu bir sistemi modelleyebilir.
50 elektronlu bir sistemin ise insanlık tarihi
boyunca icat edilecek standart bilgisayarlar ile modellenmesi mümkün değildir.
Çünkü artarak giden çarpan rakamları çok yukarıya çekiyor.
Aşağıda iki adet molekülün uzunluğu hesaplanmak
istenmiş. Deneysel olarak elde edilen değer ile bilgisayarın hesapladığı
tutarlar arasında ciddi bir fark var. Yani baya tutarsız. Örnek verilen bu
sistemler ise çok kompleks değil.
Gerçek dünyada elektronlar aynı anda birden
fazla durumda olabilirler (süper pozisyon). Bu durumu birebir modellemek
günümüz bilgisayarları için mümkün olamıyor. Çünkü olasılık çok fazla ve
bunların hepsinin tek tek denenmesi gerekiyor.
Yukarıdaki şekilde basit su atomunun medellemesi
kolayca yapılabilirken işler biraz karmaşıklaşınca standart bilgisayarda
modelleme yapmak sonsuza doğru gidiyor, 10 adet atomun her gözlemlendiğinde
farklı bir yerde belirmesi olasılık hesaplarını çıkmaza sokuyor.
Kuantum Bilgisayarlar küçük veri girişleri ile
yine basit sonuçlar verebilen ve sonsuz olasılık barındıran işlemlerde çok
başarılıdır. Örnek vermek gerekirse karmaşık şifrelerin kırılması. 10
karakterli karmaşık bir şifrenin kırılması süper bilgisayar ile bile aylar sürebilir.
Fakat Kuantum Bilgisayarlardaki Qubit mantığı aynı anda birden fazla olasılığı
deneyebileceği için 10 Qubit’den oluşan bir Kuantum Bilgisayar çok kısa bir
sürede bu şifreyi kırabilir. Aşağıdaki şekilde standart şifre deneme algoritması
ve Shor’un Kuantum Bilgisayar için belirlediği formülün şifreleri kırma sürelerini
görebilirsiniz. Bilgisayarlar için belirli bir basamak sayısından sonra iş imkansızlaşıyor.
Kuantum bilgisayar için ise nerdeyse süre hiç değişmiyor.
Tek bir kısa giriş ve benzer şekilde şifrenin
çözülmüş hali ise çıkış. Benzer şekilde bir molekülün şu anki durumu ve bundan
2 gün sonraki durumu arasındaki farkı modellemek isterseniz yine klasik
bilgisayarlar biçare kalacaktır. Fakat bu nerdeyse sonsuz olan olasılığı
kuantum bilgisayar kolayca hesaplayabilecektir.
Daha iyi anlaşılabilmesi için üçüncü ve son
bir örnek vermek istiyorum. İstanbul ile Kars arasındaki en uzun yolu tespit
etmek istiyorsunuz. Tali yollar otobanlar patikalar dahil. Normal bir
bilgisayar ile bunun hesaplanması neredeyse imkânsız iken kuantum bilgisayar
için kolay bir işlem olacaktır. Basit bir giriş(İki ilin adı) ve çıktısı sadece
bir rakam(mesafe km cinsinden).
İklim değişikliklerinden yapay zekâ eğitimine,
beyin aktivitelerinin kaydedilmesine kadar kuantum bilgisayarların tutarlığı
artıracak birçok hesaplama yapması mümkündür.
Şimdi ise olayın pekiştirilmesine vesile
olacak bölüme gelelim.
Peki bu kadar kullanışlı bir şey ise neden
hala hayatımıza yaygın bir biçimde girmedi? En azından yapay zekanın eğitilmesi
veya hastalıkların çaresi için kullanılabilmeli. Bunun sebebi ise Kuantum Bilgisayarın
handikapları.
Birincisi Kuantum
fiziğinin tabiatı gereği olan belirsizlik. Kuantum fiziğinin açıklandığı yazımda
belirttiğim gibi kuantum mekaniklerinde belirsizlik var. Her şey dalgadan
ibaret ve bu dalgalar gözlemlenemiyor. Yani gözlemlemek istenildiği anda
parçacığa dönüşüyor. Dalgaların boyu ve genişliği tam olarak bilinebilse de
parçacığın görüneceği nokta tam olarak tespit edilemiyor. Daha çok dalga kesişimin
olduğu noktadan az dalga kesişimi olan noktaya doğru bir olasılıklar silsilesi
karşımıza çıkıyor.
Gelelim bunun Kuantum Bilgisayardaki
karşılığına, giriş olarak verilen değerler örneğin iki şehir olsun. Çıkışta en
uzun rotayı tespit edilmek isteniyor. Kuantum Bilgisayar ilgili fonksiyonu her
çalıştırdığında başka bir sonuç dönecektir. Bu fonksiyon birçok kez çalıştırılır
ve en çok aynı dönen sonuç çıktı olarak kabul edilir. Kuantum Bilgisayarlarda
bu döngü binlerce hatta milyonlarca kez tekrarlansa bile behemehal geleneksel
bilgisayarlardan çok daha hızlı olur.
Şu anda Kuantum Bilgisayar ile yazı tura oynanabiliyor
ve Kuantum Bilgisayar %98 civarında tutarlılık ile insanı yeniyor. %98 Çünkü ortada
hala olasılık söz konusu, bu daha yukarıya çekilebilir. Düşük olasılıklı
noktalarda var oluş her zaman mümkün. Bu doğrultuda ilgili fonksiyonlar
pozisyonun yerini tayin etmek için zorlama yöntemler kullanıyor fakat %100
olamıyor.
İkincisi ise Kuantum
Bilgisayarların çalışır tutulabilmesi konusu. Öncelikle bahsettiğim gibi Qubit
ler süper pozisyon mantığı ile çalışıyor. Eğer süper pozisyon ortamı sürekli
sağlanamazsa o zaman da Kuantum Bilgisayarın bir esprisi kalmıyor. Süper pozisyonu
olumsuz etkileyen birçok konu var, radyasyon, dışarıdan gelen ışık fotonu,
kuantum titreşimleri gibi. Ayrıca çok soğuk da bir ortam yaratılması gerekiyor.
Bunların hepsini çok özel ortamlarda ve çok yüksek maliyetler ile gerçekleştirilebiliyor.
Hala yaygınlaşmak için uygun olmayan bir yapı bu. Ayrıca günümüz teknolojisi
ile ne kadar uğraşılır ise uğraşılsın henüz atom altı partiküller sadece
belirli bir süre süper pozisyon da tutulabiliyor. Buda yukarıda verdiğimiz
örnekteki gibi ancak yazı tura atılacak bir algoritma koşturulabilecek süreye
yetiyor. Ancak vakit de olsa algoritmaları geliştirmek için doğru soruları
bulmak gerekecek.
Günümüz Kuantum Bilgisayarları iki tipte
yapılabiliyor. Birincisi Süperiletken (Superconductor) tipi ki bu -183
derecenin üzerinde bir soğutma gerektiriyor. İkincisi ise sıkma tipi (Spin Type).
Bu tip henüz 2017 yılında araştırılmaya başladı ve günümüz bilgisayarları gibi
silikon kullanıyor. Silikon içine yerleştirilmiş birkaç nanometre çapındaki
atomlar sıkıştırılarak süper pozisyon oluşturuluyor. Maliyeti nispeten düşük
olan bu yöntem kuantum bilgisayarların önünü açacak gibi.
Tabi bunlar daha emekleme aşamaları, günümüz
işlemcilerinin nereden nereye geldiği gözler önünde yaşandı. İmkânsız denilen birçok
konu aşıldı ve aşılmaya devam ediliyor.
Kuantum bilgisayar üzerine araştırmalar IBM –
Google ve MIT tarafından tüm hızı ile devam ediyor ve 3-5 yıl içerisinde çok
uzun süreler süperpozisyon durumunu koruyabilecek kuantum bilgisayarların hayatımıza
gireceği konuşuluyor. Daha sonra ise dünya üzerindeki bütün şifreleme
sistemleri yalan, bitcoin çöp(blokchain Kuantum Bilgisayarın sadace küçük bir
oyuncağı olacak), kansere elveda, tabi ilaç şirketlerinin işine gelmez ise o
konuyu bilemem 😊Çok ütopik
geldi ise, tekrar düşünün. Çünkü şu anda Google ve IBM’de çalışan birer Kuantum
Bilgisayar var ve bu dediklerimizin küçük ölçekli olanlarını zaten yapıyorlar,
yani kısa şiflerin çözümü, yazı tura tahmini, basit moleküllerin bir sonraki
durumlarının tahmin gibi.
Görüşmek üzere!
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder