Kuantum Bilgisayarlar Nasıl Çalışır? - Matematiksel
Anasayfa/BİLİŞİM/Kuantum Bilgisayarlar Nasıl Çalışır?
Rumeysa Aslıhan Ertürk 13 Haziran 2019
Kuantum bilgisayarların çalışma prensibi, geleneksel bilgisayarların aksine, bir fiziksel olgunun ölçülmeden önceki olasılıksal durumuna dayanır. Bu olasılıksal durumlar ile çalışma şekli kuantum bilgisayarların işlem hızını geleneksel bilgisayarların oldukça önüne taşır.
Geleneksel bilgisayarlar, mantıksal işlemleri (ki bunlar bilgisayarların yaptığı tüm işlemlerinin temelidir) bir fiziksel durumun net ölçümünü kullanarak gerçekleştirirler (örneğin bir transistörün üzerinden elektrik akımının geçmesi ya da geçmemesi durumu). Bu noktada ikili sayı sistemini kullanılır. Yani ölçüm sonuçları iki seçenekten biridir: açık ya da kapalı, yukarı ya da aşağı veya hepimizin aşina olduğu 0 ya da 1. Bunlara bit denir.
Kuantum bilgisayarlar işte burada geleneksel bilgisayarlardan ayrılır. Kuantum bilgisayarlarda yapılan işlemler bir nesnenin kuantum durumuna bakılarak oluşturulan kübitler (qubit) üzerinden gerçekleştirilir.
Bahsi geçen olasılıksal durumlar bir nesnenin ölçülmeden önceki tanımlanmamış özellikleridir (kuantum dünyasında ölçüm yapma girişiminin ölçülen şeyin durumunu nasıl değiştirdiğine daha önceki yazılarımızda değinmiştik).
Bir elektronun spini, bir fotonun polarizasyonu gibi…
Ölçülmemiş kuantum durumları, net ve birbirinden ayrı halde bulunmazlar (yani 0 veya 1 şeklinde sınıflandıramayız), aksine onlar birbiriyle iç içe geçmiş “süperpoze” halde dururlar (Schrödinger’in Kedisi deneyinde kutudaki kedinin aynı anda hem ölü hem de diri olması durumunu hatırlayalım, hem ölü hem diri, hem 0 hem 1).
Bu durumun, attığınız bir bozuk paranın elinize düşmesinden önce havada dönüş yapması durumundan çok da bir farkı yok özünde.
Bu süperpozisyonlar diğer nesnelerin süperpoze halleriyle dolanık olabilirler. Dolanıklık kavramını hatırlayamayan okuyucularımız için havaya attığımız bozuk para örneğinden devam edecek olursak, bu dolanıklık hali şöyle tarif edilebilir: iki bozuk paramız olsun ve bunların dolanıklık özelliği olduğunu varsayalım. Bunları havaya atalım ve bir süre sonra, ikinci para henüz yere düşmemiş olsa da, dolanıklık sebebiyle, birinci para düştüğünde üste gelen yüzün tam tersinin ikinci parada geleceğini kesin olarak biliyoruz. Yani iki dolanık parçacık arasında matematiksel bir bağıntı var.
Havada sonucunun ne olacağı belirsiz bir şekilde dönen bu dolanık bozuk paraların arkasındaki karmaşık matematik birtakım algoritmalara uygulanarak, geleneksel bilgisayarların çözmesinin neredeyse imkansız olduğu problemlerin kısa sürede çözülmesi sağlanabilir. Üstelik bu algoritmalar sadece karmaşık matematik problemleri çözmekle kalmıyor, kırması çok güç şifreler üretebilmek, var olan şifreleri kırmak ve birden fazla parametreye sahip karmaşık sistemlerin çözümlenebilmesine olanak sağlamak gibi önemli işlevlere de sahip.
Kuantum Bilgisayar Çeşitleri
İşlevsel bir kuantum bilgisayar yapabilmek için bir nesneyi üzerinde işlem yapmaya yetecek kadar süreyle süperpoze halde tutmak gerekiyor.
Maalesef, süperpoze halde bulunan bir nesne, ölçebilme özelliğine sahip bir sistemle etkileşime girdiğinde eşfazlılığını kaybediyor, yani normal bir bite dönüşüyor. Bu sebeple kullanılacak aygıtların eşfazlılığı kaybetme (decoherence) halini engellemesi ama bunu yaparken de hesap işlemini engellememesi gerekiyor. Bu sorunun üstesinden gelmek için farklı yöntemler kullanılabiliyor: daha istikrarlı kuantum işlemler de tercih edilebilir, olası hataları yakalayıp düzeltmek için daha iyi yollar da aranabilir.
Bilim kurgu filminden fırlamış gibi görünen bu teknolojinin geleceği hakkında ihtilaf olduğunu eklemeden geçmeyelim.
IBM ve Google gibi şirketlere göre her yönüyle kusursuz kuantum bilgisayarlar üretip kullanmaya çok yakınız. Fakat bazı matematikçiler, pratikte üstesinden gelmenin imkânsız olduğu engellerin var olduğunu ve bunlar sebebiyle hayal ettiğimiz kuantum bilgisayarlara ulaşmanın mümkün olmadığını vurguluyorlar.
dolanıklık nedir kuantum kuantum bilgisayar kuantum bilgisayar nasıl çalışır kuantum bilgisayar nedir kuantum fiziği