Kuantum Bilgisayarı Nedir?


Kuantum bilgisayarı, kuantum fiziği ilkelerini kullanacak şekilde dizayn edilmiş, normal bilgisayarların maksimum hesaplama kabiliyetinin, erişebilecekleri seviyenin çok üstlerine çıkarıldığı yapılara denir. Kuantum bilgisayarı küçük ölçekte yapılmıştır ve şu anda pratik bir modele dönüştürme çabaları sürmektedir.


Şimdi basitçe anlamak için basit bir görsel kullanalım


llllll : normal bilgisayarlar için bunun tek karşılığı 1 (bir) dir. Çünkü normal bilgisayarlar 1 ve 0 dışında bir sonuç veremezler. Ama kuantum bilgisayarları için bu hem 1 hem 0 dır. Yani l ile normal bilgisayara bu nedir diye sorarsanız size sadece 1 (bir) cevabı verirken kuantum bilgisayarları 1 , L , I , 0 ... cevaplarını da verebilir.

Temel bir soru ve klasik bilgisayar ile kuantum bilgisayarını karşılaştıralım.

Sadece rakamlardan oluşan 3 haneli bir şifre olsun *** diyelim . Normal bir bilgisayar bu şifreyi bulmak için tüm olasılıkları tek tek deneyerek doğru sonucu verir. Yani 1000 olasılığı tek tek dener ve sonucu bulur.
Kuantum bilgisayarı bu 1000 olasılığı aynı anda deneyerek size sonucu tek bir işlem sonucunda gösterir.

İşte en basit anlatımıyla temel fark budur.

Kuantum bilgisayarını anlamak için önce normal bilgisayarlara göz atalım.





Bilgisayarlar Nasıl Çalışır?

Bilgisayarlar ikili sayı formatında veri depolayarak işlev görür. Seriler halinde 1 ve 0 kombinasyonlarını transistörler gibi elektronik bileşenlerinde tutarlar. Bilgisayarın her bir hafıza bileşeni 1 bit olarak tanımlanır. 1 ve 0 modları (veya "On" ve "Off") arasında Boolean mantığıyla ve bilgisayar programlarının algoritması tarafından oynamalar yapılarak bit'ler çeşitlendirilir.


Kuantum Bilgisayarı Nasıl Çalışır?

Kuantum Bilgisayarı bilgileri 1 ve 0 şeklinde veya bu iki değerin kuantum süperpozisyonu şeklinde depo eder. Bu "Kuantum Bit" (Kubit denir kısaca) kombinasyonları ikili sisteme göre çok büyük bir esnekliğe sahiptir. Süperpozisyon mantığını hatırlamak için bkz. Schrödinger'in Kedisi



Schrödinger'in Kedisi Nedir?
Schrödinger meşhur Schrödinger'in Kedisi adlı düşünce deneyini oluşturmadan önce de kuantum fiziğinin anahtar ismiydi. Şu an evrendeki hareketi tanımlayan denklem olan kuantum dalga fonksiyonunu kendisi oluşturmuştur. Bu denklemin ilginçliği bütün hareketi bir yığın olasılıklar formunda ifade etmesidir.
Bilimde zamanın fizik görüşlerini direkt ihlal eden birşey çıkınca bu o zamanın bilimcilerini fizik gerçekliğinin nasıl işlediği konusunda çeşitli varsayımlara ve yorumlara yöneltir. Schrödinger, kuantum fiziğindeki sorunları tasvir etmek için Schrödinger'in Kedisi kavramını öne sürdü.
Şimdi bu sorunları inceleyelim ve daha sonra Schrödinger'in bunları benzeştirme yoluyla tasvir etmek için yaptığı araştırmayı görelim.

Kuantum Belirsizliği
Kuantum dalga fonksiyonu, koşulları verilmiş bir sistemin bütün fiziksel özelliklerini çeşitli kuantum durumları şeklinde belli bir olasılıkla sergiler.
1 saatlik yarı-ömüre sahip bir radyoaktif atom düşünelim.
Kuantum dalga fonksiyonuna göre tam 1 saat sonra bu radyoaktif atom hem bozunmuş hem de bozunmamış bir durumda olacaktır. Sadece atomun ölçümü yapıldığında dalga fonksiyonu tek duruma indirgenecek fakat bu dalga fonksiyonu ölçüm yapılana kadar iki kuantum durumunun süperpozisyonu (üst üste) olarak kalacaktır.
Bu, kuantum fiziğinin Kophenag Yorumunun anahtar görüşüdür. Kophenag yorumuna göre bu sadece, ölçüm yapılana kadar bilimcilerin atomun hangi durumda olduğunu bilmemelerini değil aynı zamanda fiziksel gerçekliğin de belirsiz olduğunu gösterir. Bazı bilinmeyen yollarla "gözlem eylemi" kuantum durumunun sayısını bire ya da bir alt kümeye indirir. Gözlem eylemi yapılana kadar fiziksel gerçeklik bütün olasılıklar arasında bölünür.

Kedinin Akıbeti
Schrödinger bu konuyu varsayımsal bir kutu içinde varsayımsal bir kedi kurgusu hazırlayarak genişletti.
Kedinin bulunduğu kutu içinde kediyi anında öldürecek bir şişe zehirli gaz yerleştirilmiş olsun. Şişe Gaiger Sayacına bağlanmış bir makinede asılı olsun. Bahsedilen radyoaktif atom da Gaiger sayacının yanına yerleştirilsin ve 1 saatik yarı ömrü olsun. Eğer atom bozunursa, Gaiger sayacı radyasyonu algılayacak ve şişe kırılıp, kedi ölecek. Eğer atom bozunmazsa şişeye dokunulmamış olacak ve kedi yaşıyor olacak.
1 saat sonra atom hem bozunup hem de bozunmadığı kuantum durumunda olacaktır. Her halükarda durumu nasıl kurarsak öyle gözükecektir. Bu da demek olur ki şişe hem kırık hem de değil, sonuçta kuantum fiziğinin Kophenag Yorumuna göre kedi hem canlı hem de ölü olacak.

Shrödinger'in Kedisi'nin Yorumu
Stephen Hawking'in bir deyişi vardır "Schrödinger'in Kedisi'ni duyduğumda silahıma uzanmak istedim" Bu birçok fizikçinin şaşkınlığını ifade eder. Çünkü bu düşünce deneyinin sorunu büyüten birkaç yönü var. Benzetmeyle ilgili en büyük problem kuantum fiziğinin sadece mikroskobik ölçekteki atom ve atom altı parçacıklara uygulanabilir olmasıdır, mikroskobik ölçekteki kedi ve zehir şişesine değil.
Kophenag Yorumu bir şeyi gözlemlemenin kuantum dalga fonksiyonunu çökerteceğini (yani burda durumu bire indireceğini) ifade eder. Bu benzetmede ölçme eylemi Gaiger Sayacı tarafından yapılır. Olaylar örgüsünde çok sayıda etkileşimler vardır ve kuantum mekaniksel dünyada gerçekten kediyi izole etmek ya da sistemi parçalara ayırmak imkansızdır.
Kedinin kendisi daha denkleme girene kadar ölçüm çoktan yapılmıştır. Ölçümler Gaiger Sayacının atomları, şişeyi kıran aygıt, şişe, zehirli gaz ve kedinin kendisi tarafından binlerce kez yapılmıştır. Kedinin korkuyla kutunun etrafında dolaşması ya da ölmüş olarak yatması sonucunda bile çeşitli atomlarla ilişkiye gireceğini düşünürsek, kutudaki atomların bile ölçüm yapıyor olduğunu söyleyebiliriz.
Bilimcilerin kutuyu açıp açmaması önemli değildir. İki durumun süperpozisyonu olmaksızın kedi hem canlı hem ölü olacaktır. Çünkü biz ölçüm yapmadan içeride ölçüm yapılmıştır. Gözlem eylemi durumu bire indirdi içeride. Fakat biz ölçüm yapmadık ve bizim tarafımızdan düşününce,
İçerideki gözlem sonucu ölü olan kedi, biz gözlemlediğimizde canlı olabilir.
İçerideki gözlem sonucu canlı olan kedi, biz gözlemlediğimizde ölü olabilir.
Yani kedi hem ölü hem canlıdır.
Kophenag Yorumunun bazı katı görüşlerine göre, aslında bilinçli bir varlığın gözlem yapması gereklidir. Kuantum dalga fonksiyonunlarının çökmesinin bilinçle ilişkili olabileceğine dair bir takım argümanlar olmasına rağmen, yorumun bu katı formu bugün çok az fizikçi tarafından benimsenir.
Diğer bir yorum, kuantum fiziğinin paralel evrenler görüşüdür. Bu yorum, bu durumun bir kaç evrende kollara ayrıldığını öngörür. Bu dünyalardan bir kısmında kutu açıldığında kedi ölü olacak diğer kısmında yaşıyor olacaktır.

Bilim kurgucu yazarlar ve toplum için ilgi çekici olan Paralel Evrenler Görüşü, doğru ya da yanlış olduğuna dair spesifik herhangi bir kanıt olmamasına rağmen çok az sayıda da olsa bir miktar fizikçi tarafından benimsenir. 


Spesifik olarak kuantum bilgisayarı geleneksel bilgisayarların hayal dahi edemeyeceği büyüklükte hesaplamalar yapabilecek kabiliyette olacak. Bu konu şifreleme alanında ciddi bir endişe de yaratmaktadır. Bazı kimseler pratikte başarılı bir kuantum bilgisayarının dünyanın finansal sisteminin, şimdiki bilgisayarların çözmeyi asla başaramayacakları büyüklükteki sayılardan oluşan şifreleme sistemlerini aşarak çökerteceğinden endişe etmektedir.

Çift yarık (Young) deneyi
Young deneyi olarak da bilinen çift-yarık deneyi, madde ve enerjinin aynı anda dalga ve parçacık özellikleri sergileyebileceğini gösterir. Deneyin basit versiyonunda lazer ışını gibi koherent (eş fazlı) bir ışık kaynağı, iki paralel yarık açılmış ince bir levhayı aydınlatır, ve yarıktan geçen ışık levhanın arkasındaki bir ekranda gözlemlenir. Işığın dalga doğası ışık dalgalarının iki yarıktan da geçerek girişim yapmasını, ve ekranda aydınlık ile karanlık bantlar oluşturmasını sağlar, ki bu sonuç ışık tamamen parçacıklı yapıda olsa beklenemez. Fakat, parçacıklardan veya fotonlardan oluşuyormuş gibi, ekranda her zaman ışığın soğurulduğu görülür.Bu durum dalga-parçacık ikiliği olarak bilinen prensibi ortaya koyar.








Kuantum bilgisayarıdaki bu devasa hızın nasıl yaratıldığına örnek verelim: Eğer 1 kubit, 1 ve 0 durumları olmak üzere süperpozisyon durumundaysa ve süperpozisyonda olan bir diğer kubit ile birlikte bir hesaplama ortaya koyduğunda tek bir hesap sonucunda 4 ayrı sonuç elde edilir, bunlar 1/0 , 1/1 , 0/0 , 0/1 değerleridir. Bunlar, matematiğin, kuantum sisteme uyguladığı ve süperpozisyondan tek bir duruma çökene kadar ortaya koyduğu gerçek değerlerdir. Oysa aynı durumda klasik bilgisayarın yapabileceği hesaptan çıkan sonuç 1/0 veya 0/1 gibi tek bir değer olabilir. Bu durumda, hesaplamaya katılan kubit'lerin arttırılması sonucu yapılacak hesap ile, aynı sayıda klasik bit'lerin hesap miktarı arasında, katlanarak büyüyen devasa bir fark oluşacağı aşikardır. Kuantum bilgisayarlarının esas kabiliyeti eşzamanlı (paralel) olarak çoklu işlem yapabilmesidir ( Buna kuantum paralelizm denir). Kuantum bilgisayarındaki tam fiziksel mekanizma teorik olarak çok daha kompleks ve sezgisel olarak anlaşılması güçtür. Genelde bu tarz işlemler paralel evrenler yorumuyla açıklanır. Yani çeşitli kubit'lerin süperpozisyonda olmasından dolayı kuantum bilgisayarında hesaplama sadece bizim evrenimizde değil eş zamanlı olarak diğer evrenlerde de oluşur. Tabi ki bunlar teorik yorumlardır.

  Kuantum Hesaplamanın Tarihi Kuantum hesaplamanın çalışma mantığının temelleri 1959'da Richard Feynmann'ın "kuantum etkilerini" daha iyi bilgisayarlar yapmak için kullanma fikrini ortaya koymasına dayanır. Tabi ki kuantum etkileriyle hesaplamadan önce, o zamanlarda bilimciler ve mühendisler geleneksel bilgisayarları geliştirme çabasındaydı. Bu yüzden yıllarca Feynmann'ın önerisini hayata geçirecek çapta bir çalışma yapılmamıştır. 1985'te Oxford Üniversitesinden David Deutsch tarafından "kuantum mantık kapıları" fikri ileri sürülerek, kuantum fiziği alanı bilgisayarlar içine dahil edildi. Deutsch'un bilimsel makaleleri herhangi bir fiziksel hesaplamanın kuantum bilgisayarlarına uygulanabileceğini gösterdi. Yaklaşık on yıl sonra 1994'te Peter Shor adında bir matematik mühendisi çarpanlara ayrıma yapan 6 kubitlik bir algoritma tasarladı. Böylece artık çok küçük çaplı bir kuantum bilgisayarı geliştirilmişti. Bu olaydan sonra 1998'de küçük hesaplamaları "eşfazlılığı kaybetmeksizin" birkaç nanosaniyede yapan 2 kubitlik bilgisayar geliştirildi. 2000'de 4 ve 7 kubitlik kuantum bilgisayarları da başarıyla yapıldı. Bu alandaki çalışmalar tüm hızıyla devam etmektedir. Başlangıç olarak atılan bu başarılı adımlar temel teorinin sağlamlığını göstermektedir.
  Kuantum Bilgisayarlarının Güçlükleri
 Kuantum bilgisayarlarının ana engeli "Kuantum Eşfazlılık" problemidir. Kubit hesaplamaları, kuantum dalga fonksiyonu durumların süperpozisyonundayken yapılır. Bu durum 1 ve 0 durumlarının eşfazlı olarak hesaplamada kullanımına izin verir. Fakat kuantum sistemde herhangi bir tipte ölçüm yapıldığı anda eşfazlılık kaybolur ve dalga fonksiyonu tek duruma düşer. Bu yüzden bu bilgisayarlar herhangi bir şekilde ölçüm yapmaksızın belli bir süre boyunca hesaplamaya devam etmek durumundadır. Ölçüm sonucunda ise kuantum sistemden çıkılacak tam bu aşamada bilgisayarın, sistemin kalan kısmıyla işleme devam etmesi gerekecektir. Böyle bir sistemin oluşturulmasının ucu süper iletkenler, nanoteknoloji ve kuantum elektroniği alanlarına da değmektedir. Bu alanlar da hala gelişmekte olan gizemli alanlardır. Bilimciler için bunların tümünü fonksiyonel bir biçimde bir kuantum bilgisayarında birleştirmek önemli bir çaba olacaktır.

Daha derinlere inelim...



Kuantum bilgisayarlar hangi açıdan avantajlı? Kuantum bilgisayarların çok ilginç bir özelliği var: Klasik bilgisayarların tersine sadece “evet – hayır”, “var – yok”, “açık – kapalı”, “1 – 0” değerleriyle çalışmıyorlar. Aynı anda hem 1 hem de 0 değerini alabiliyorlar. Kuantum fiziğinde buna süper pozisyon veya üst üste bindirme özelliği diyoruz. Kuantum bilgisayarlar bunu atomlar, elektronlar ve fotonlarla yapabiliyor. Bildiğiniz gibi atomlar bizi oluşturan maddenin yapı taşları ve elektronlar da manyetik alanlar ile elektrik enerjisinden sorumlu. Fotonlar ise bildiğimiz gün ışığını meydana getiriyor. Kuantum bilgisayarlar gözle görebileceğimiz büyüklükteki bilgisayar çipleri yerine bu mikroskobik sistemlerle, atom ve parçacık boyutundaki işlemcilerle çalışıyor.
  Atomik bilgisayarlar Peki bunun anlamı ne? Bunun anlamı, kuantum bilgisayarların nanometre ölçeğinden çok daha küçük boyutlarda çalışması; yani kuantum bilgisayarların beyni çok az yer kaplıyor ve bu bilgisayarlar son derece az enerji tüketiyor. D-Wave Vezüv kuantum bilgisayarının torunları, atom ölçeğinde süper hızlı çalışan ve çok az elektrik tüketen süper bilgisayarların üretilmesini sağlayacak. Böylece insan tırnağı boyundaki bir bilgisayar, Google’ın futbol sahası büyüklüğündeki dev veri merkezleri kadar çok sayıda kullanıcıya hizmet verebilecek.
  Paralel işlemciler aynı anda birçok farklı işlem yapıyor Ancak kuantum bilgisayarların en önemli yanı paralel işlem kapasitesi: Paralel işlem bir bilgisayarın aynı anda yüzlerce, binlerce, milyonlarca hesaplama yapabilmesi demek. Bu işlemleri sırayla değil, aynı anda yaptığınızda işlem hızınız inanılmaz ölçüde artıyor. Şöyle düşünelim; aynı anda hem işyerinde bülten yazıyoruz hem evde blog yazıyoruz hem de evi süpürüp yemek yapıyoruz. Üstelik bütün bunları kafamız karışmadan ve yorulmadan yapıyoruz (güzel bir hayal değil mi?). Paralel işlemcilerin avantajları belli ve aslında çok işlemcili klasik bilgisayarlar da paralel işlem yapabiliyor fakat arada bir fark var: Klasik bilgisayarlarda işlemciler tek tek bakıldığında “seri olarak” çalışıyor ve ardışık işlemler yapıyor; yani bir işi bitirmeden diğer işe geçmiyor. Oysa biz klasik bilgisayarlarda örneğin 4 işlemciyi yan yana çalıştırarak, bunların paralel iş görmelerini sağlayabiliyoruz.
  Yüksek performanslı bilgi işlem Günümüzde bu sistem üniversitelerdeki Yüksek Performanslı Bilgisayar (HPC) sistemlerinde kullanılıyor. HPC, dünyanın en büyük araştırma laboratuarlarındaki diğer süper bilgisayarlara göre oldukça ekonomik bir alternatif. Bu sistemde onlarca veya yüzlerce bilgisayar (sunucu) yan yana, imece usulü çalışarak paralel işlem yapıyor. Kuantum bilgisayarlar ise sadece 1 ve 0 değerlerini değil, bilgisayar mantık operasyonlarında kullanılan “ve – veya” gibi ara değerleri de alıyor. Örneğin süper pozisyon durumunda bir elektron yüzde 64 ihtimalle spin yukarı durumda ve yüzde 36 ihtimalle spin aşağı durumda olabilir.
  Bir mıknatıs ve bir topluiğne Burada biraz nefes alalım ve kısaca elektron spinini açıklayalım. Sonra kuantum bilgisayarların nasıl çalıştığını daha kolay anlayacağız: Elektronun spin durumunu (bir kuantum özelliği) mıknatısa “yapışan” topluiğnelerle açıklayabiliriz. Sonuçta mıknatısların bir manyetik alanı var. Bu manyetik alanın bir kuzey kutbu bir de güney kutbu bulunuyor (çubuk mıknatıslardan ve evet, pusulaların kuzey kutbunu göstermesine benzer bir olaydan söz ediyoruz). Diyelim ki bir topluiğne elimizdeki mıknatısa sivri ucu yukarı bakacak şekilde yapışıyor. Bu aslında iğneyi meydana getiren metal atomlarının spin durumuyla ilgili bir olgu. Elektronlar, mıknatısın manyetik alan çizgileri üzerinde hizaya geliyor ve toplu iğnenin ucu da yukarı bakıyor. Şimdi siz elinizle zorlayarak iğneyi döndürebilir ve mıknatısın üzerinde ucunun aşağı doğru bakmasını sağlayabilirsiniz.
  Elektron spini Elbette bunun için enerji harcamamız gerekecek. Çünkü elektronların doğal spin durumunu zorla değiştiriyoruz. Kuantum bilgisayarlar da bu şekilde çalışıyor. Örneğin kuantum çipleri elektronların spin durumunu değiştiriyor. Sözün özü, kuantum bilgisayarlar bilgiyi (enformasyonu, bilgi birimi olan bitleri) elektronların spin durumunu değiştirerek kodluyor. Ancak Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi nedeniyle, biz bir parçacığın konumu ve hızını aynı anda yüzde 100 kesinlikle bilemiyoruz. Bu nedenle de bir elektrona baktığımız zaman hangi spin durumunu alacağını önceden bilemiyoruz. Bu konuda ancak tahmin yürütebiliyoruz. Elektron bir ihtimal spin yukarı durumda olabilir ve bir ihtimal spin aşağı durumda olabilir. Süper pozisyon olgusu işte bu olasılık hesabına, bu olasılık oranlarına karşılık geliyor. Öyleyse soralım:

Süper pozisyon nedir? Yukarıdaki mantık nedeniyle, Belirsizlik İlkesielektronların aynı anda hem spin yukarı hem de spin aşağı durumunda olmasına izin veriyor! Mıknatısı hatırlayacak olursak, mıknatısın üzerindeki topluiğnenin sivri ucunun aynı anda hem aşağı hem de yukarı baktığını düşünün. Buna benzer bir olay. Bu özelliğe elektronun süper pozisyonu diyoruz ve kuantum bilgisayarlar da bu özellik sayesinde aynı anda hem 1 hem de 0 değerlerini alabiliyor. Örneğin elektronun yüzde 64 oranında spin yukarı durumunda, yüzde 36 oranında ise spin aşağı durumda olması söz konusu. Aslında bu oranlar, bir elektrona baktığımızda, o elektronunun hangi spin durumunda olacağını gösteren ihtimallerdir.
  Süper pozisyon ve kuantum bilgisayarlar İşte bu nedenle kuantum bilgisayarlarda tek bir işlemci bile çok sayıda paralel işlem yapabiliyor. Klasik bilgisayarlarda olduğu gibi iki seri işlemciyi yan yana çalıştırarak fazla elektrik tüketmemize ve ofiste büyük veri merkezi ile yer işgal etmemize gerek kalmıyor. Elektronun yüzde 64 ihtimalle spin yukarı durumda olması bir “bit”tir (mesela işlemcinin mantık kapısındaki 1 değeri). Elektronun yüzde 36 ihtimalle spin aşağı durumda olması da yine bir “bit”lik enformasyona karşılık geliyor (bu durumda 0 değeri). Demek ki kuantum bilgisayarlar klasik“bit”lerle değil, kuantum bitlerle yani“qubit”lerle çalışıyor.

Süper pozisyon halindeki bit çiftlerine qubit diyoruz Her bir qubit klasik bilgisayarlardaki 2 bite karşılık geliyor. Öyleyse kuantum bilgisayarların ham işlem kapasitesinin de klasik bilgisayarların iki katı olması gerekiyor; ama durun, maceramız daha bitmedi: Şimdi elimizdeki kuantum bilgisayarın iki qubitle çalıştığını düşünelim veya 10 qubitle ya da D-Wave’in Vezüv bilgisayarında olduğu gibi 512 qubitle çalıştığını varsayalım. O zaman ne olacak? Kısacası bütün bu farklı qubitleri birbirine nasıl bağlayacağız? Bunu kuantum dolaşıklığı ile yapıyoruz: İki elektronu dolaşıklığa soktuğumuzu düşünelim. Kuantum fiziğinin alışılmadık yasaları yüzünden, bir elektron spin yukarı durumda ise onun dolaşıklığa girdiği diğer elektron spin aşağı
durumda olacaktır.1

Kuantum bilgisayarlar qubitleri birbiriyle dolaşıklığa sokarak çalışıyor ve böylece paralel işlem yaparak karmaşık matematik problemlerini çözebiliyor. Artık size 1 qubit yerine 2 qubitle çalışan bir kuantum bilgisayarın işlem kapasitesini söyleyebilirim: 22. Peki neden? Neden 2 klasik bit değil de 4 bit? Çünkü 2 qubit 4 klasik bite (4 kombinasyona, yani 4 katsayıya) eşit. Her elektron qubitinde elektronun aynı anda hem spin yukarı hem de spin aşağı durumda olduğunu, her iki ihtimali de içerdiğini hatırlayın. Öyleyse 3 qubit de 8 bite (23) karşılık geliyor ve bu böyle gidiyor. Tamam, burada durup biraz nefes alalım ve D-Wave Two bilgisayarının (kod adı Vezüv) ham işlem kapasitesini hesaplayalım: Vezüv 512 qubitle çalışıyor, yani bu kuantum bilgisayarın işlem kapasitesi tam 2512 bit! Bu sayı, Evren’deki bütün atomaltı parçacıkların sayısından kat kat fazla. Evet, bu
noktada “Vay be!” diyebiliriz :). Ancak en önemli detayı atladık:


Qubitlerle nasıl işlem yapabiliriz? Qubitleri oluşturduk, yani tek tek elektronları süper pozisyon durumuna getirdik ve 512 elektronu birbiriyle dolaşıklığa geçirdik. Öyle ki biri yukarı bakıyorsa, diğeri aşağı bakıyor ve sıradaki üçüncü elektronun da yukarı baktığını biliyoruz. Şimdi elimizde DNA gen dizisine benzeyen ve 1 ile 0’lardan oluşan bir işlem dizisi var. İyi de bu süper uzun rakam trenini “2 kere 2 dört eder” gibi anlamlı bir matematik işlemi yapmak için nasıl kullanacağız? Aslında kuantum bilgisayarların bütün esprisi burada yatıyor. Çünkü bir elektron yalnızca hiçbir insan, hiçbir deney aygıtı, hiçbir kamera veya kedigözü sensör bakmıyorsa; yani söz konusu elektron çevreylehiçbir fiziksel etkileşime girmiyorsa süper pozisyon durumunda olabilir. Oysa bir elektrona kutunun içini açıp bakarsak, o elektron ya spin aşağı durumda olacaktır ya da spin yukarı durumda olacaktır. Gözümüzle gördüğümüz bir elektron asla aynı anda hem aşağı hem yukarı bakmayacaktır. Bizim örneğimizde elektrona baktığımızda, o elektron yüzde 64 ihtimalle spin yukarı ve yüzde 36 ihtimalle spin aşağı durumda olacaktır.


Qubitlerin çökmesi Kuantum fiziğinde buna olasılık dalga fonksiyonunun çökmesi ve elektronun nihayet gerçek bir enerji değeri alması diyoruz. Dolayısıyla bir kuantum bilgisayar işlem yaptığında, 2 bitlik bütün qubitler tek bite çöküyor ve bize tek bir gerçek bitlik (1 veya 0) işlem çözümü veriyor. Tabii Vezüv bilgisayarında 512 qubit birbiriyle dolaşık olduğu için; ilk qubit 1 değerini verirse, son qubitin hangi değeri vereceğini biliyoruz. Daha doğrusu bilgisayar biliyor ve bize işlemin sonucunu veriyor, çünkü biz sadece bilgisayardan çıkan sonucu görebiliriz: Kuantum bilgisayarların içini açıp süper pozisyonu bozamayacağımız için, bilgisayarın doğru çalışıp doğru işlem yaptığını kontrol etmenin tek yolu özel kuantum hata düzeltme yöntemleri kullanmak. Böylece kuantum dolaşıklığını bozmadan, dolaylı yöntemlerle bilgisayarın hata vermeden çalışmasını sağlayabiliyoruz (kuantum dolaşıklığının ışıktan hızlı iletişime izin vermemesi ile ilgili bir durum. Kuantum Yapay Zeka konulu ayrı bir yazıda ele alacağım. Şimdilik dolaşıklığın bilgiyi ışıktan hızlı iletmemize veya dünyada olanları önceden bilmemize kesinlikle izin vermediğini akılda tutmamız yeterli). Kısacası bilgisayarın içinde neler olup bittiğini bilmiyoruz, ancak dolaşık hallerin sağladığı nihai klasik sonuçları görebiliyoruz Böylece kuantum bilgisayarlarda çıktı olarak eski delikli kartlara benzeyen ve ikili sayı düzeninde 1 ve 0’lardan oluşan nihai bir değer elde ediyoruz. İşlem kuantum kurallarıyla yapılsa da çıktı klasik bilgisayar çıktısı oluyor. Öyleyse Vezüv’ün çalışma ilkesini özetleyelim: 1) Elektronları süper pozisyonla qubit haline getiriyor. 2) 512 qubiti birbiriyle dolaşıklığa sokuyor. 3) Sonra sırayla veya aynı anda qubitleri klasik bitler halinde “çökertiyor”. Öyle ki dolaşıklığa girmiş olan qubitler, önce hangi qubite bakıldığına veya aynı anda kaç qubite birden bakıldığına göre farklı değerler alıyor. Bu da bize işlem sonucunu veriyor. Hangi qubitlere ne sırayla bakılacağına bilgisayara verilen problemin
 kendisi belirliyor.


Süper pozisyonu korumak zor Yalnız burada bir problem var: Kuantum bilgisayarların çalışması için gereken süper pozisyon hali, bir elektron çevreyle etkileşime girer girmez, örneğin biz o elektrona bakar bakmaz çöküyor. Çünkü elektronlar çok hassas. Yakındaki bir elektronla temas etmek gibi çevreyle en ufak bir etkileşim bile qubitlerin çökmesine ve qubitler arasındaki dolaşıklığın bozulmasına yol açıyor. Bu durumda kuantum bilgisayarlar tıpkı işlem hanesi sayısını aşan eski hesap makineleri gibi hata veriyor.


Bir işlemciye elektron mikroskobuyla bakılınca neler görünür ?



Kaynak : https://webseyyahi.blogspot.com
http://tr.wikipedia.org/
http://khosann.com/
http://www.fizikmakaleleri.com/

1 yorum: