Kuantum Bilgisayar Nedir?

22/11/2020 admin Kuantum Teknolojileri yorumlar kapalı

Bu yazıda sizlere Kuantum Bilgisayar Nedir, Kuantumda Süperpozisyon Nedir, Kuantum Dolanıklığı nedir, Kuantum Bilgisayarları Kullanım Alanları Nelerdir ile ilgili temel bilgileri vermek istiyorum. Gelecek yazılarda ağırlıklı Kuantum teknolojilerinin gelişimi, kuantum bilgisayarları programlama, kuantum bilgisayarları kullanım alanları ile ilgili haberleri paylaşmaya devam edeceğim.

ODTÜ de Fizik eğitimini aldığım dönemde Kuantum Mekanik dersi benim için çok keyifliydi ancak düşünmeden edemiyordum “Mezun olduktan sonra hayatımda kuantum ne işime yarayacaktı?” Hızla gelişen bilim ve teknoloji sayesinde bugün Kuantum’un bilgi işleme konusunda klasik bilgisayarlardan çok daha hızlı çalışabilecek bilgisayarlar için kullanılmaya başladığına şahit oluyoruz. Kuantum Bilgisayarlar bugün IBM, Google, Honeywell gibi firmalar tarafından geliştirilmeye başlandı ve özel projeler için kullanılıyor. Geliştirmeler arttıkça Kuantum Bilgisayarlar daha çok kullanım alanı bulacak ve önümüzdeki 100 yılda bir çok önemli buluşa, önemli sorunların çözümüne imza atacak.

Kuantum Bilgisayar Nedir?

Kuantum bilgisayar tanım gereği bilgisayım işlemlerini kuantum fiziği temellerine dayalı olarak yapan ve bu sayede klasik bilgisayarların ulaşamayacağı işlem gücüne ulaşabileceği varsayılan sistemlere deniyor. Klasik bilgisayarlar bitlerden oluşan hafıza yapısına sahiptir. Her bit 1 yada 0 değerini alabilir. Kuantum bilgisayarlarda ise bitlerin (kubit) fiziksel uygulamalarından biri olan kuantum bilgisayarların çalışma prensibi genel olarak atom altı parçacıkların kuantum süperpozisyonuna ve kuantum dolanıklığına dayanıyor.

Tek bir qubit 1, 0 veya bu ikisi arasındaki (kuantum çakışması) bir değeri alabilir. Bir kübit (qubit) çifti 4 kuantum çakışması durumunun herhangi birinde, üç kübit (qubit) ise 8 kuantum çakışması durumunun herhangi birinde olabilir. Genel olarak $n$ kübit sahibi bir kuantum bilgisayarı aynı anda ${\displaystyle 2^{n))$ çakışmanın herhangi birinde olabilir. (Normal bilgisayarlar ${\displaystyle 2^{n))$ durumun sadece birinde olurken, bir kuantum bilgisayarı bu durumların hepsinde ya da bir kısmında bulunabilir.) Kuantum bilgisayarları kübitleri (qubit) belirli kuantum mantık kapıları ile düzenleyebilir. Uygulanan bu kapı serilerine kuantum algoritması adı verilir.

Kuantumda Süperpozisyon Nedir?

Kuantumda süperpozisyon bir kuantum sisteminin aynı anda birden fazla durumda olma yeteneğidir. Qubit’ler hala ikili 0 ve 1 sistemini kullanıyor, ancak süperpozisyon özelliği, aynı anda 0, 1 veya her ikisini temsil etmelerine izin veriyor. 0’lar ve 1’ler dizisini sırayla analiz etmek yerine, üst üste binen iki kübit aynı anda dört senaryoyu temsil edebilir , böylece bir veri setini işlemek için gereken süreyi azaltır.

QuTech Academy tarafından açıklanan kuantumda süperpozisyon

Kuantumda süperpozisyonu görselleştiren tipik bir örnek, çift yarık deneyidir. Bu deney aşağıdaki videoda açıklanmıştır:

Kuantum Dolanıklığı Nedir?

Kuantum dolanıklığı, kuantum parçacıkları arasındaki güçlü bir korelasyondur ve büyük mesafelerle ayrılsalar bile mükemmel bir uyum içinde ayrılmaz bir şekilde bağlanmalarına izin verir. İki kübit dolaşık olduğunda, aralarında özel bir bağlantı vardır : Tek tek kübitler ölçülürse, ölçümlerin sonucu 0 veya 1 olabilir; ancak bir kübit üzerindeki ölçümün sonucu her zaman diğer kübit üzerindeki ölçümle ilişkilendirilecektir. Ve bu, parçacıklar birbirinden büyük bir mesafeyle ayrılmış olsa bile her zaman böyledir.

QuTech Academy tarafından açıklanan kuantum dolanıklığı

Kuantum Bilgisayar Kullanım Alanları Nelerdir?

Kuantum bilgisayarlar, imkansız olan veya geleneksel bir bilgisayarın çözülmesi pratik olmayan bir süre (bir milyar yıl) alacak sorunları çözebilir!

Kuantum bilgisayarların, verilerin güvenliği için kullanılan kriptografik şifreleri çok kısa sürede çözebilecekleri tahmin edilmektedir. Bu durumda verilerimizin güvenliğini sağlayacak yeni şifreleme algoritmalarına ihtiyaç duyulacak ve bunun içinde Kuantum bilgisayarları kullanılabilecek.

Kuantum bilgisayarlarının kullanım alanları ile ilgili IBM’in hazırladığı bir çalışmadan bilgileri ve bir görseli paylaşıyorum.

IBM aşağıdaki görselde Kuantum bilgisayar kullanım alanlarını üç bölüme ayırmış. Bunlar;

Horizon 1: Önümüzdeki birkaç yıldaki uygulamalar
Horizon 2: Kararlı ancak en iyi şekilde çalışmayan kuantum bilgisayarlardan sonra
Horizon 3: 15 yılın ötesinde

Kuantum Bilgisayar Kullanım Alanları Nelerdir

Sektörlere göre Kuantum bilgisayarlarının öngörülen kullanım alanları;

Otomotiv:
- Büyük otonom filoların optimize edilmesi
Enerji:
- Kullanım tahmini
- Şebeke optimizasyonu
Finans:
- Otomatik ticaret (örn. Finansal piyasaları tahmin etme)
- Risk analizi
- Portföy optimizasyonu
- Dolandırıcılık tespiti
Sigorta:
- Araçların değerlemesi, karmaşık durumlarda prim ödemelerinin hesaplanması
Lojistik:
- Tedarik zinciri optimizasyonu
- Envanter optimizasyonu
İmalat
- Tasarım optimizasyonu (örneğin piller, çipler, araçlar vb.)
İlaç:
- İlaç etkileşimi tahmini
- Genomik dikkate alınarak kişiye özel tıp
Teknoloji / yazılım
- Makine öğrenimi

Çok detaya girmeden sizlere Kuantum bilgisayarının temeli ile ilgili bilgilerini aşağıdaki kaynaklardan derlediğim bilgilerle özetlemeye çalıştım. Özellikle Kuantum teknolojilerine merakı olan ve yakından takip etmek isteyenlere QTurkey.org web sitesini takip etmelerini öneririm. ODTÜ Fizik Bölümü öğretim görevlisi Zeki Seskir Hocamızın liderliğini yaptığı QTurkey özellikle Kuantum teknolojilerin bilinirliğinin ülkemizde yaygınlaşması konusunda önemli işler yapıyorlar. Burdan kendilerine teşekkür ediyorum.

Kaynaklar: