Kuantum bilgisayar kavramı, bir bilim kurgu filmi konusu gibi gelse de, bu teknoloji son derece gerçektir ve Silikon Vadisi giderek kuantum trenine atlıyor. Amazon, Google ve Microsoft gibi büyük şirketler son bir yılda kendi kuantum bilgisayar çiplerini duyurdu. Nvidia da kuantum yatırımlarını açıkladı ve yıllık GTC geliştirici konferansının bir parçası olarak ilk Kuantum Günü’ne ev sahipliği yaptı. IBM, Intel ve pek çok diğer şirket de kendi kuantum çiplerini geliştirmek için çalışıyor.
Bu teknolojiye olan ilgi yalnızca özel sektörle sınırlı kalmadı. Trump yönetiminin de ABD’deki kuantum odaklı firmalara yatırım yapmayı planladığı bildirildi. Wall Street Journal’a göre Beyaz Saray, federal fon karşılığında IonQ ve Rigetti Computing gibi şirketlerde hisse almayı tartışıyor. Bu haber, kuantum şirketlerinin hisselerinin Perşembe günü IonQ hisselerinin yüzde 11’in üzerinde yükselmesiyle tavan yapmasına neden oldu.
Kuantum bilgisayarların, klasik bilgisayarların binlerce yılda tamamlayabileceği hesaplamaları dakikalar veya saatler içinde bitirmesi bekleniyor. Bu, malzeme bilimleri, kimya ve tıp gibi alanlarda muazzam ilerlemeler potansiyeli anlamına geliyor.
Bitler ve qubitler: Kuantum bilgisayar farkı
Kuantum bilgisayarları daha iyi anlamak için önce klasik bilgisayarlardan bahsedelim. Dizüstü bilgisayarınız, akıllı telefonunuz ve hatta akıllı saatiniz, merkezi işlem birimleri olarak bilinen işlemcilere sahiptir. Bunlar modern bilgisayarların beynidir. Her işlemcide transistör adı verilen bileşenler bulunur. Transistörleri, bir elektrik sinyaline tepki veren küçük anahtarlar olarak düşünebilirsiniz. İşlemciler, kullandığınız uygulamaları ve programları, 1’ler ve 0’lardan oluşan ikili kod aracılığıyla elektrik darbelerine dönüştürür. Her 1 ve 0’a bir “bit” denir.
İkili sistemler, ev bilgisayarınızdan tıbbi ekipmanlara, otomobillere veya bir işlemci gerektiren hemen hemen her teknoloji parçasında kullanılır. Ancak kuantum bilgisayarlar, klasik bitler yerine kuantum bitleri veya “qubitler” olarak bilinen atom altı nesneleri kullanır. Bu, verileri depolamanın ve işlemenin tamamen farklı bir yoludur. Bir bit gibi sadece 1 veya 0 olarak var olmak yerine, qubitler “süperpozisyon” adı verilen bir durum sayesinde aynı anda hem 1 hem de 0 ya da ikisinin herhangi bir kombinasyonu olarak var olabilirler.
Süperpozisyon ve paralel işlemleme yeteneği
Amazon Web Services’ın kuantum donanım direktörü Oskar Painter, “Bir qubiti bir küre olarak düşünün” diyerek açıkladı. “Kuzey ve güney kutbu vardır ve aynı anda 0 ve 1’in herhangi bir kombinasyonu olabilir.” Daha da ilginç olanı, bilim insanları bir qubiti gözlemleyene kadar onun gerçekten 1 mi yoksa 0 mı olduğunu bilemezler. New York Üniversitesi uygulamalı fizik yardımcı profesörü Rupak Chatterjee, “Kuantum dünyasında, sistemin kendisi aynı anda birkaç farklı durumda olabilir” dedi. “Ve biz ölçüm yapana kadar, tam olarak hangi durumda olduğunu bilmeyiz.”
Bu durum, yani aynı anda hem 1 hem de 0 olarak var olabilme yeteneği, kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarlardan çok daha hızlı hesaplamaları çözmesini sağlayan “paralel işlemleme” imkânı sunar. Qubitleri manipüle etmenin birden fazla yolu vardır: Bunlar süperiletken sistemlerle sıcaklığı mutlak sıfıra yakın bir seviyeye indirmek, atomlarla etkileşime girmek için lazerler kullanmak veya aşırı bir vakumda ışık parçacıklarından (fotonlardan) yararlanmak olabilir. Genellikle kuantum bilgisayar olarak adlandırılan o dev, altın, ahtapota benzeyen makineler, büyük ölçüde qubitlerin düzgün çalışması için yeterince soğuk olmasını sağlamak amacıyla süperiletken qubitlerle çalışan soğutma sistemleridir.
Kuantum hataları ve çözüm yolları
Kuantum bilgisayarlar, qubitlerin süperpozisyonunu kullanarak inanılmaz hızlarda hesaplamalar yapabilir. Peki, neden henüz dünyanın en karmaşık sorunlarını çözmek için onları kullanmıyoruz? Çünkü kuantum hataları nedeniyle. Carnegie Mellon Üniversitesi Tepper İşletme Okulu’nda operasyon yönetimi profesörü Sridhar Tayur, “[Qubitler] çok ama çok kırılgandır” diye açıkladı. Qubitler çok küçük bir ölçekte var olduklarından, dış dünyadan gelen parazitlere karşı inanılmaz derecede hassastırlar. Bu, tek bir atomun bile qubiti bozabileceği ve o bilgiyi (1 ve 0 durumunu) kaybetmesine neden olabileceği anlamına gelir.
Painter’a göre, kuantum sistemleri her 300 kuantum işlemde bir hata yaşayabilir. Ancak bir kuantum bilgisayarın faydalı olabilmesi için, yalnızca her trilyon işlemde bir hata sergilemesi gerekir. Bu dramatik bir farktır. Bu sorunu çözmek için şirketler, kuantum hata düzeltmesi adı verilen bir yöntem kullanıyorlar. Microsoft, Google ve Amazon en son çiplerinde buna odaklandı. Kuantum hata düzeltmenin arkasındaki fikir, yedekli qubitler kullanmaktır. Painter, “Bir qubite ait bilgiyi korumak istiyorsam, tek bir iyi, mantıksal qubit elde etmek için onu aslında 1000 kez çoğaltmam gerekir” dedi. Bu durum çok büyük kaynak gerektirir ve araştırmacılar sorunu çözene kadar, kuantum bilgisayarlar kimya, yeni bileşikler keşfetme veya atomların birbiriyle nasıl etkileşime girdiğini anlama gibi karmaşık hesaplamalar için yeterince güvenilir olmayacaktır.
Kuantum bilgisayarlar her şey için gerekli değil
Kuantum bilgisayarlar belirli algoritmaları çalıştırmak ve inanılmaz derecede karmaşık sorunları çözmek için faydalı olsa da, araştırmacılar kuantum hataları sorununu aştıktan sonra bile klasik süper bilgisayarların yerini almayacaklardır. Bunun nedeni, kuantum bilgisayarların akıllı telefonunuzdan daha hızlı uygulama çalıştırmak gibi görevleri yapmak üzere tasarlanmamış olmasıdır. Üstelik, klasik bilgisayarların tam olarak bu tür işleri halletmek için tasarlandığı bir durumda, böyle bir görev için kuantum bilgisayar kullanmanın hiçbir nedeni yoktur. Başka bir deyişle, eve gelip kişisel kuantum bilgisayarınızı açıp Netflix izlemeyi beklemeyin. Telefonunuz ya da televizyonunuz bu işi gayet iyi yapabilir.
