Güncelleme Tarihi: 18 Ağustos 2023
Medeniyetimizi en çok etkileyen teknolojik gelişmelerden biri olan bilgisayarlar, ilk ortaya çıktığı yıllardan beri büyük değişimler geçirdi. İlk bilgisayarlar neredeyse bir oda boyutundayken şu an ceplerimize devasa işlem kapasitesine sahip teknolojik harikaları sıkıştırıyoruz. Öte yandan fiziğin gizemli dünyası, yeni bir bilgisayar türüne ışık tutuyor. İşte ismiyle bile uyandıran kuantum bilgisayarlar ve garip çalışma prensipleri…
Kuantum Bilgisayarlar Nasıl Çalışır?
Kuantum bilgisayarı, en basit haliyle kuantum mekaniğinin bilgisayarlarda doğrudan kullanımını sağlayan teknoloji olarak tanımlanıyor. Kuantum bilgisayarın çalışma prensibi, ismini aldığı fizik teorisine dayanıyor ve maddenin belirsizlik ilkesinden ötürü maddenin hem parçacık hem de tanecik gibi davranmasıyla açıklanıyor.
Günümüzde, bilgisayar teknolojisi binary digit adı verilen 1 ve 0 değerlerinin üzerine kurulu. Yani “var” ya da “yok” prensibi. Bu prensip, 20. yüzyıla kadar dünyayı algılayış yöntemimizin temellerini oluşturuyordu. Ancak 20. yüzyılda fiziğin gelişmesiyle birlikte var ve yok arasındaki keskin çizgi de belirsizleşmeye başladı.
Kuantum fiziğinde yer alan belirsizlik ilkesine göre bir elektronun aynı anda hem hızı hem de konumu tam olarak bilinemez. Hızını ölçmeye kalktığınızda konumu, konumunu ölçmeye kalktığınızda hızı bir olasılık dağılımının içinde herhangi bir değer alabilir. Uzun süreler boyunca tartışılan bu prensip, temel olarak bir elektronun aynı anda hem bir yerde olup hem de olamayacağını ifade ediyor. Yani fiziksel dünyamızdan uyarladığımız bilgi biliminin “var” ve “yok” kavramlarının dışında, ikiden daha fazla bilgi bulunabilir demek oluyor.
Kuantum fiziğinin bu garip dünyasını fark eden araştırmacılar, bu prensibin bilgisayarları daha da geliştirmek adına uygulanıp uygulanamayacağını merak etti. Sonuçta 2 bit yerine daha fazla veri, daha fazla işlem gücü anlamına gelirdi. Kuantum bilgisayarlar tam olarak bu noktada ortaya çıktı.
Kuantum bilgisayarları atom altı parçacıkları sisteminden hareketle tek bir bit içinde sadece 0 veya 1 seçeneğini değil, 0 ve 1’in bir arada bulunabildiği tüm ihtimallerin kombinasyonunu barındırıyor. Kübit olarak adlandırılan bu sistem tek bir bit içinde çok daha karmaşık bilginin olmasına izin veriyor. Bu da günümüz bilgisayarının çözmesinin yıllar alacağı hatta çözemeyeceği varsayılan bir işlemin kuantum bilgisayarıyla saniyeler içinde çözülmesi anlamına geliyor.
Basit bir analoji ile anlatmak gerekirse, büyük bir labirentin içine sıkıştığınızı hayal edin. Karşınızda da birden fazla çıkış yolu bulunuyor. Her seferinde tek bir tercih yapmak ve yolun çıkışa ulaşıp ulaşmadığını araştırmak, bir hayli fazla zaman alacaktır. Bu yöntem, modern bilgisayarların çalışma mantığına benziyor. Ancak eğer kuantum bilgisayarlar gibi hareket edebilseydiniz, tüm kapı olasılıklarını aynı anda deneme şansınız olurdu. Haliyle işlem, çok daha kısa sürelerde bitirebilirdi.
Kuantum Bilgisayarın Elektrik Tüketimi
Bilimsel alanda kuantum bilgisayar kullanımı her geçen gün daha da artıyor. Özellikle kriptoloji alanında sıklıkla kendine yer bulan kuantum bilgisayarlar, muadili süper bilgisayarlara kıyasla birçok yönden daha avantajlı olabiliyor. Kuantum bilgisayarlar, ölçümlerin daha iyi gerçekleşebilmesi için süper iletkenler kullanıyor. Süper iletkenler, üzerlerinden elektrik enerjisi geçerken çok daha az direnç gösterdiği ve dışarıya daha az enerji salınımı yaptığı için verimli maddeler olarak öne çıkıyor.
Bir kuantum bilgisayar, aynı işlevi gören başka bir süper bilgisayara kıyasla yüzlerce kat daha az elektrik enerjisi harcıyor. Örnek vermek gerekirse; standart bir kuantum bilgisayar 15,5 kW/saat enerji tüketiyor. Tianhe-A isimli süper bilgisayar ise 4,04 MW/saat enerji tüketiyor. Yani bir kuantum bilgisayar yaklaşık olarak 250 kat daha fazla enerji harcıyor.
Kuantum Bilgisayarlar Ne İşe Yarar?
Kuantum bilgisayarının hızlı işlem yapabilmesi dışında birçok alanda gelişmelere yol açacağı öngörülüyor. Örneğin, günümüzdeki şifreleme metodunun temeli olan büyük sayıları asal çarpanlarına ayırma işlemini yapabilecek olması günümüzdeki bilgisayarların aşamadığı güvenlik duvarını aşması demek. Bu sebeple Ulusal Güvenlik Ajansı gibi kuruluşların da kuantum bilgisayar yatırımları günden güne artıyor.
Aynı zamanda farklı işlemleri aynı anda yapabilen kuantum bilgisayarının yapay zekâ alanında gelişmelerin çok daha kolay ilerlemesine yardım edeceği düşünülüyor. Biyokimyasal süreçleri hesaplama konusunda günümüz bilgisayarından daha hızlı olacağı için sağlık alanında da çok daha hızlı veri ve gelişme elde edilmesini sağlaması bekleniyor.
IBM ve Google şirketleri kuantum bilgisayarı alanında önemli yatırımlar yapan şirketler arasında. 2016 yılında IBM’in kullanıma açtığı kendi kuantum bilgisayarlarına araştırmacılar ve şirketler bulut üzerinden erişebiliyor, IBM Quantum Experience herkes için kullanıma açık durumda ve küçük bir eğitimden sonra kendi kodunuzu yazabilmenize olanak sağlıyor.
Kuantum bilgisayarı ile ilgili haberler ilerleyen günlerde de gündemi meşgul edecek gibi gözüküyor. Google’ın geliştirdiğini iddia ettiği son teknoloji kuantum bilgisayar IBM tarafından yalanlanırken aynı zamanda farklı devletler de bu yarışta söz sahibi olmak için yatırımlarını yükseltiyor. Kuantum teknolojisinin önümüzdeki yirmi yıl içerisinde büyük boyutlara ulaşacağı kesin ancak kullanım amaçları ve çalışma prensipleri dolayısıyla gündelik teknolojiyi kullanıcı bazında değiştirmeleri pek mümkün görünmüyor. Çünkü kuantum bilgisayarlar, yalnızca belirli problemleri çözmekte usta!
Türkiye’de Kuantum Bilgisayar Var Mıdır?
Kuantum bilgisayarlar, yapıları itibarıyla yüksek mühendislik ve fizik bilgisi gerektiriyor. Öte yandan bu bilgisayarların üretilmesinde donanım üretimi de büyük önem arz ediyor. 2018 verilerine göre dünyada şu an 11 tane kuantum bilgisayar bulunuyor. Bu bilgisayarlar, Amerika, İngiltere, Çin ve Avustralya’da yer alıyor.
Şu an Japonya, Kore, Hindistan ve Rusya gibi diğer güçlü devletler de kendi kuantum bilgisayarlarını oluşturmak için çalışmalara devam ediyor. Kuantum bilgisayar sektöründeki en büyük sağlayıcılar, ünlü bilgisayar üreticisi IBM ve yeni bir girişim olan D-Wave olarak öne çıkıyor.
Türkiye’de kuantum bilgisayar üretimine dair henüz bir çalışma bulunmuyor. Ancak ASELSAN, yüksek başarımlı bilgisayar sistemleri üzerinde kuantum simülatörleri geliştiriyor. Aynı zamanda ASELSAN bünyesinde kuantum bilgisayarların hibrit kullanımına yönelik algoritma çalışmaları da gerçekleştiriliyor.
