Kuantum Hesaplama Nedir? Nasıl Yapılır?

Gelecek yıllara damgasını vuracağı tahmin edilen, en ileri teknolojiye sahip bilgisayarların bile günümüzde çözemediği problemleri çözüme kavuşturacağı iddia edilen kuantum hesaplamaya dair tüm detayları bu yazımızda ele aldık.

Kuantum Bilgisayarlar

Kuantum hesaplama nedir, nasıl yapılır gibi konulara değinmeden önce kuantum bilgisayarlardan bahsetmemiz gerekiyor. Kısaca, kuantum hesaplamaları yapan bilgisayarlar olarak bilinen kuantum bilgisayarların, günümüzde süper bilgisayarların bile çözemediği problemlerin çözümünde yeni bir sayfa açması bekleniyor. Kuantum bilgisayarlarda, kuantum mekaniğinde kullanılan matematiksel model kullanılıyor. Bu sayede klasik bilgisayarlara göre çok daha hızlı bir şekilde hesap yapılabiliyor. Mevcut bilgisayarlar, veriyi 0 ve 1 şeklindeki ikili durumlarda depolayan tekil bitleri işliyor. Kuantum bilgisayarlar ise veri işlemek için kuantal fenomenlerden yararlanıyor. Bunu da kuantum bit ve kübitleri ile yapıyorlar. Hesap gücünün yanı sıra kuantum bilgisayarlar, doğada kuantum mekanikleri tarafından etkilenen problemleri yine kuantum mekanikleri kullanarak daha doğru bir şekilde çözümlenmesini sağlayabiliyor. Bu duruma en iyi örnek olarak kuantum bilgisayarların medikal alanlardaki kullanımları gösterilebilir. Örneğin ilaç üretimi sürecinde kullanılan simülasyonların, kuantum bilgisayarlar ile hazırlanması; içerisinde kuantum mekaniklerinin işlemekte olduğu protein ve moleküllerin, çok daha gerçekçi bir yaklaşım ile simüle edilmesine olanak tanıyabiliyor.

İlginizi Çekebilir: RAID Nasıl Yapılır? RAID Türleri Nelerdir?

Kuantum Hesaplama

Kısaca tanımlamak gerekirse kuantum hesaplama, mekaniksel ilkelere dayanan bir hesaplama türü olarak ifade ediliyor. Kuantum bilgi biliminin bir alt dalı olan kuantum hesaplamanın önümüzdeki yıllarda çok etkili olacağı iddia ediliyor. Öyle ki son yıllarda dünya çapındaki büyük kuruluşların kuantum hesaplama çalışmalarına yatırım yaptığı biliniyor. Örneğin Google, IBM ve Nasa gibi dev isimler bu alanda yatırım yaptıklarını ifade etmişlerdir.

Kuantum hesaplamanın gelecek yıllarda her türlü alanda büyük bir etki oluşturacağı tahmin ediliyor. Örneğin yeni ilaç yapımı, hastalıkların teşhisi, zor virüslerin çözülmesi gibi başta sağlık sektöründe büyük gelişmeler yaşanacağı ileri sürülüyor. Hava olaylarının ve iklim değişikliklerinin tahmin edilmesi konularında da kuantum hesaplama ile büyük ilerlemeler yaşanacağı iddia edilen gelişmeler arasında yer alıyor. Özellikle NASA’nın dünyanın en büyük kuantum bilgisayarlarından birinin ortak sahibi olması, havacılık ve uzay alanında da çok fayda sağlayacak gelişmelerin yaşanacağını düşündürüyor. Öyle ki Nasa'nın, kuantum hesaplamanın uzayın keşfine yardım edebileceği birden çok yöntemi şimdiden belirlemiş durumda olduğu biliniyor.

Öte yandan yapılan çalışmalar ve elde edilen deneyimlere göre kuantum hesaplama, klasik hesaplama yöntemlerinin yerini tamamen alamayacak. Bunun yerine, kuantum bilgisayarlar, klasik bilgisayarlara tamamlayıcı bir teknoloji olacak. Uygulamalarda veri bütünlüğü için ön hazırlıklar klasik bilgisayarlarda yapıldıktan sonra kuantum bilgisayarlar devreye girerek hibrit çözüm oluşacak. Hibrit çözümünün avantaj sağlayacağı öngörüsü kabulü her geçen gün yaygınlaşmaya devam ediyor.

Kuantum Hesaplama Nasıl Yapılır?

Kuantum hesaplamada, hesaplamaları gerçekleştirmek için süperpozisyon ve dolanma gibi kuantum mekaniği kullanılıyor. Hesaplama yapılırken ilk aşama, kuantum bitleri veya kübitlerdir. Qubit’ler, kuantum bilgisayarda tek atomların, atom altı parçacıkların veya süper iletken elektrik devrelerinin kuantum mekaniği özellikleri kullanılarak oluşturuluyor. Qubit’ler, kübitlerin 1 veya 0 kuantum durumunda olabileceği için günümüzdeki klasik bilgisayarlar tarafından kullanılan bitlere benzer durumdadır. Kübitlerin, klasik bilgisayarlardan farkı ise aynı zamanda 1 ve 0 durumlarının üst üste binmesi ihtimalinin olmasıdır. Bu da kübitlerin aynı anda hem 1 hem de 0’ı temsil edebileceği anlamına geliyor.Kübitler üst üste geldiğinde, iki kuantum durumu birbirine ekleniyor ve başka bir kuantum haliyle sonuçlanıyor. İşte tam da bu aşamada karşımıza " süperpozisyon" kavramı çıkıyor. Kısa bir şekilde özetlemek gerekirse süperpozisyon, birden fazla hesaplamanın aynı anda işlendiği anlamına geliyor. Bu şekilde iki kübit aynı anda dört sayıyı temsil edebiliyor. Normal bilgisayarlarda, bitler yalnızca 1 veya 0 olmak üzere iki olası durumdan birinde işleniyor. Aynı zamanda hesaplamalar da birer birer işleniyor. Kuantum bilgisayarlar ise kübitleri işlemek için "dolanıklığı" da kullanıyor. Bir kübit dolandığında, bu kübitin durumu başka bir kübitin durumuna bağlıdır. Böylece bir kübit, gözlemlenmemiş çiftinin durumunu da ortaya çıkarıyor. Tüm bu hesaplama aşamalarının yanı sıra kübit oluşturmanın zor bir eylem olduğunu belirtmek gerekiyor. Bir kübit sağlanmak isteniyorsa kesinlikle donmuş bir ortama ihtiyaç vardır. Kübit oluştururken kullanılan süper iletken malzemeler soğutulmalıdır. Ayrıca hesaplamada oluşabilecek hataları minimum seviyeye indirmek için kübitlerin arka plan gürültüsünden korunması gerekiyor.