Dergi Özel Yazıları AKINSOFT 27 Temmuz 2021 (0) (234)

Geleceğin Bilgisayarları Kuantum Bilgisayarlar Olacak

Kuantum bilgisayarlar gelecekte mevcut bilgisayarların yerini alacak.

Teknolojinin inanılmaz bir hızla geliştiği günümüzde sürekli bir değişim ve dönüşüm süreci yaşıyoruz. Daha birkaç yıl öncesine kadar en ileri teknoloji ürünü olarak tanımlanan cihaz ya da uygulamaların bugün artık eski ve işlevsiz olarak değerlendirildiğine tanıklık ediyoruz. Bu gelişim ve değişim süreci hayatın her alanında gözlemleniyor ve tüm yaşamımızı şekillendiriyorken bu değişimden bilgisayarlar da payına düşeni alıyor.

Kısacası her şey değiştiği gibi bilgisayarlar da değişiyor. Öyle ki günümüzde kullanılan bilgisayarların yerini çok yakın bir zamanda kuantum bilgisayarların alacağı belirtiliyor.

Peki kuantum bilgisayar nedir?

Bu sorunun cevabını vermeden önce günümüzde kullanılan sıradan bilgisayarlara ve çalışma prensiplerine değinmekte fayda var.

Normal bilgisayarlar bir devre üzerindeki elektrik akımının anahtarlar aracılığıyla açılmasıyla çalıştırılır. Bu anahtarın kapalı ya da açık olması sayesinde oluşturulan sıfır ve bir bilgisayar kodlarının temeli niteliğindedir. Kodlamanın bilgi taşıyan en küçük yapıtaşı olarak ifade edilen bu sıfır ve birlere bit adı veriliyor.

Kısaca belirmek gerekirse klasik bilgisayarların çalışma prensibi elektriğin fiziksel kanunlarına bağlıdır ve bu bilgisayarlar tüm işlemlerini elektrik akımının geçip geçmemesi yani bu 0 ve 1’ler üzerinden yürütür.

Elektrik akımına bağlı olarak çalışmayan kuantum bilgisayarlar ise bugün kullanılan bilgisayarlardan çok daha güçlü ve çok daha hızlı olması için tasarlanmış henüz geliştirilme aşamasında olan bilgisayarlardır. Kuantum bilgisayarların çalışması elektron ve proton gibi atom altı parçacıkların fiziksel özelliklerine dayanan bir sisteme dayanıyor. Bu özelliğiyle klasik bilgisayarlara göre çok daha küçük bir alanda çok daha büyük bir hızla çalışabiliyor.

Mevcut bilgisayarlardan çok daha güçlü ve hızlı olan kuantum bilgisayarların çok yakın bir gelecekte şu an kullanılan bilgisayarların yerini alması planlanıyor. Diğer bir ifadeyle geleceğin bilgisayarları kuantum bilgisayarlar olacak diyebiliriz.

Klasik bilgisayarlar bitler ile çalışırken kuantum bilgisayarlar kübitler ile yani kuantum bitler ile çalışır. Bitler üzerinden işlem yapan bilgisayarlarda yalnızca 0 ve 1’ler bulunur her şey bitler üzerinden hesaplanır. Kuantum bilgisayarlarda ise kübitler vardır. Dolayısıyla kuantum bilgisayarların çalışma esasları farklıdır.

Klasik bir bilgisayarın 5 bin yılda yapabileceği bir işlemi, kuantum bilgisayarlar 5 dakikadan çok daha kısa bir süre içerisinde hızlı ve kolay bir şekilde yapabilirler. Klasik bilgisayarlara kıyasla çok daha hızlı çalışan kuantum bilgisayarlar, öğrenilmesi gereken bilgiye daha hızlı ulaşma ve işlenmesi gereken verileri daha hızlı işleme imkanı sunuyor. Bu durum aynı zamanda birçok alanda inanılmaz bir ilerleme yaşanacağı anlamına geliyor. Bu sebeple de uzun yıllardır devam ettirilen çalışmalarla kuantum bilgisayarlar sürekli olarak geliştirilmekte ve daha iyi bir hale getirilmektedir.

Yapılan değerlendirmelere göre klasik bilgisayarlar yerini çok yakın bir gelecekte her türlü işlemi neredeyse ışık hızına varan bir hızla tamamlayabilecek noktaya gelecek kuantum bilgisayarlara bırakacak. Bu da dünya üzerinde bilgisayarlar üzerinden gerçekleşen her türlü işlemin eşzamanlı olarak gerçekleşebilmesi demek.

Kuantum Kavramı

Kuantum bilgisayar kavramı günümüzde sıkça gündeme gelen kuantum kuramının, bilgisayar teknolojisine de uyarlanması sonucu ortaya çıktı. İlk kuantum bilgisayarların 1981 yılında Paul Beniof tarafından enerjinin kuantuma dönüşmesinin keşfedilmesiyle oluşturulduğu belirtiliyor.

Bugün ise en iyi kuantum bilgisayarı üretebilmek adına farklı birçok şirket kıyasıya bir yarış içinde.
Google bünyesinde bulunan D-Wave şirketi de bunlardan biri. Henüz doğrulanmasa da şirketin “vezüv serisi” adını verdiği bir dizi bilgisayar geliştirdiği ve bu bilgisayarların da kuantum bilgisayarlar olduğu belirtiliyor. Şimdiye kadar Google dışında Amazon, IBM ve Microsoft’un bu alanda çalışmalar yaptığı biliniyordu ve artık Çinliler de bu yarışa dahil oldu.

Geçtiğimiz günlerde 600 km uzaklıktaki cihazlar arasında kuantum iletişimi gerçekleştirerek rekor kırdığını duyuran Toshiba, fiber optik ile 600 km uzaklıktaki cihazlar arasında kuantum iletişimini sorunsuz bir şekilde gerçekleştirdiklerini açıkladı. Çin’de geliştirilen kuantum bilgisayarı Jiuzhang’ın, normal bir süper bilgisayarın 2,5 milyar yılda tamlayacağı hesaplamayı 200 saniyede gerçekleştirdiği belirtildi.

Geliştirilen teknoloji sayesinde şehirler arası kuantum iletişiminin sağlanabileceğini belirten yetkililer, veri iletimi için uyduların da aktif olarak kullanılacağını açıkladı. Çin yönetimi kuantum araştırmalarına 10 milyar dolar yatırım yapacağını duyurmuştu. ABD’nin kuantum çalışmaları için ayırdığı bütçe ise 1 milyar dolar.

Avrupa’daki ilk kuantum bilgisayarını Almanya’da yapan IBM ise tanıtımı Başbakan Merkel ile gerçekleştirdi. Avrupa’nın ilk ve en güçlü kuantum bilgisayarı olan “IBM Quantum System One”, Alman Araştırma Enstitüsü Fraunhofer iş birliği ile Stuttgart yakınlarında kuruldu ve geçtiğimiz nisan ayından bu yana faaliyetlerini sürdürüyor.

Tanıtım töreninde bir konuşma yapan Merkel, kuantum bilgisayarların dijital ve teknolojik egemenlik arayışında önemli rol oynayabileceğine dikkat çekerek “Almanya, kuantum teknolojileri üzerine araştırmalarda en iyiler arasında ve öyle kalmayı planlıyor” dedi. Bilgisayar IBM’in ABD dışındaki ilk kuantum bilgisayarı olma özelliğine sahip.

Kuantum bilgisayar teknolojisinin gelecekte daha hızlı ilerleyeceğini belirten bilim insanları bu bilgisayarların özellikle optimizasyon problemlerini kolaylaştıracağını düşünüyor.

Klasik bilgisayarlar işlemlerini bit olarak tanımlanan 0 ve 1 sayı dizisi ile gerçekleştirirken kuantum bilgisayarlarda ise aynı anda hem 0 hem de 1 olabilen kübit teknolojisi kullanılıyor. Niyobyum elementinden üretilen kübitler klasik bilgisayar çiplerinin yapıldığı malzeme olan silisyum çipine bastırılır. İki niyobyum elektrotunu ince bir alüminyum oksit tabakasıyla ayırma işlemi Josephson temasının oluşmasını sağlar ve böylelikle kuantum mekaniğinin temeli olan süperpozisyon meydana gelir. Bu temas sadece eğer madde süper iletkense yani elektrik direnci yoksa ancak gerçekleşebilir.

Önünüzde çok karmaşık ve alternatifli bir işlem süreci olduğunda klasik bilgisayarlar her adımda bir seçeneği deneyerek ilerliyor ve tamamını deneyerek işlemleri bitirmesi çok uzun süreler alabiliyor. Kuantum bilgisayarların ise tüm olasılıkların tamamını aynı anda deneyebilecek özellikte olmaları sayesinde bu işlem süresinin oldukça kısalacağı tahmin ediliyor.

Sonsuz küçük parçacıkların olağanüstü fiziksel özellikleri sayesinde kuantum teknolojisi, mevcut en hızlı klasik bilgisayarların kapasitelerinden çok daha üstün bir potansiyele sahip. Kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarların bir insan ömrü boyunca uğraşarak gerçekleştiremeyeceği işlemleri, yalnızca birkaç dakika içerisinde sonlandıracağı değerlendiriliyor.

Benzer Yazılar