Kuantum Mekaniği ve Kuantum Bilgisayarlar

Kuantum mekaniği denince akla klasik anlayıştan farklı olan kuantum kavramlar gelir. Bu kavramların bazıları çok yaygın olarak bilinir: Young deneyi, madde ve enerjinin aynı anda hem dalga hem parçacık özellikleri sergileyebileceğini gösterirken, fizik ve felsefede birçok soru sorduran, Avustralya’lı fizikçi Schrödinger tarafından dile getirilen Schrödinger’in kedisi düşünce deneyi aynı anda iki durumun olma olasılığından bahseder.

Kuantum mekaniği ve kuantum bilgisayarlar

Schrödinger’e göre bir devre; aynı anda hem açık hem kapalı olabilir, bir kedi; hem sağ hem ölü olabilir (Nasreddin Hoca’nın, hem davalıya hem davacıya sen de haklısın dediği durum bir nevi…). Kuantum deyince akla, kuantum dolanması olarak bilinen; aralarında büyük mesafeler olsa da nesnelerin görünmez şekilde bağlı olduğunu ifade eden olgu da gelir.

Bu kuantumsal kavramlardan da görüldüğü üzere, kuantum mekaniği, her şeyin klasik fizikle açıklanamayacağını, kuantum fiziğin araladığı bambaşka bir dünya daha olduğunu hatırlatır. Günümüzde neredeyse herkes kuantum fiziğini “anlatırken”, bu işin üstadlarından John von NeumannKuantum mekaniği anlamazsınız, sadece ona alışırsınız” diyerek olayı özetliyor aslında. Kuantum fizikten yüzeyselce bahsettikten sonra gelelim günümüzdeki en popüler uygulama alanı olan kuantum bilgisayarlara.

Video – Schrödingerin Kedisi


Kuantum Fiziğinde Schrödinger’in Kedisi Deneyi paylaşan: HizmetBulteni

Kuantum mekaniği, bu ilginç özelliklerinin elektronik ve bilgisayarlar üzerinde kullanılmasıyla müthiş işler çıkarmak mümkün. Bu sayede büyük veri setleri ile uğraşmak çok daha olası. Kuantum bilgisayarlar, özellikle birbirinden bağımsız çok sayıda değişken içeren kompleks problemleri (Monte Karlo simülasyonları, hava tahminini, ilaç geliştirmeyi, vücudun ilaca tepkisini, malzeme araştırmalarını, kriptolojiyi) çözmek için büyük bir potansiyel taşıyorlar. Kuantum bilgisayarlar bu sorunlara bir saniye gibi kısa süre içinde 10 binlerce cevap üretebiliyorlar. Böylece kullanıcıya sadece en iyi çözümü sunmakla kalmıyor, diğer olası alternatifleri de sunuyorlar.

Kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarlardan farkı nedir?

Bilgisayar bilimciler ve fizikçiler genel olarak bu makinelerin en hızlı klasik süper bilgisayarları bile oldukça kompleks hesaplamalarla, bariz şekilde geçeceğine inanıyorlar. İki makine arasındaki en büyük fark çalışma tarzlarında yatıyor: Klasik bilgisayarlar hesaplamaları lineer şekilde yaparken, 1 ve 0 şeklindeki bitleri kullanıyorlar. Öte yandan kuantum bilgisayarlar geleneksel 1 ve 0’lar yerine kuantum bitleri yani kubitleri (qubit) kullanıyorlar.

Kuantum mekaniği ve kuantum bilgisayarlar

Kubitler Schrödinger’in kedisi deneyinde bahsedilen süperpozisyon durumundadır; yani aynı anda her iki durumda olabilmektedirler. Kubitler aynı anda 1 ve 0 olabilmeleri sebebiyle de çok fazla olasılığa izin veriyorlar. Bu olasılıklar sayesinde kuantum makineler bir hesaplamadaki tüm olasılıkları tek seferde hesaplayarak, klasik bilgisayarlardan çok daha hızlı işlem yapabiliyorlar. Dolayısıyla da en hızlı süper bilgisayarlardan bile çok daha hızlı işlem yapan bilgisayarlar ortaya çıkabiliyor. İşte bu sebeple kuantum bilgisayarlar üzerindeki çalışmalar her geçen gün hız kazanıyor.

Google yine öncü

2013 yılında kuantum yapay zeka laboratuarını kullanmaya başlayan Google, kuantum bilgisayarların bilgisayar bilimlerindeki en zorlu problemlerin, özellikle de yapay zekâ ve makine öğrenimi alanındakilerin çözümlenmesinde kullanılacağını belirtmişti.

Bazı bilim insanları çalışan bir kuantum bilgisayar yapıldığından şüpheli olduklarını dile getire dursunlar, D-Wave Systems‘in CEO’su Brownell “şirketin başarılı kuantum bilgisayar jenerasyonları üzerinde çalıştıklarını” ifade ediyor. Yapılan birçok çalışma içinde en başarılı sonuçlar, kuantum bilgisayarlar üzerine yıllardır çalıştığı bilinen D-Wave Systems’ten geldi: D-Wave Systems yüzlerce kubit’i görüntü olarak geleneksel işlemciye benzeyen küçük bir çipe yerleştirmeyi başardı.

Bu alandaki gelişmeler, yatırımları da tetikledi: 2014 yılında İngiltere hükumeti kuantum teknolojilerine 270 milyon poundluk yatırım yaptığını açıkladı. Ağustos ayında Kanada tabanlı D-Wave Systems şirketi son jenerasyon D-Wave 2X kuantum bilgisayarlarını duyurdu. Ardından Intel, kuantum teknolojiyi ilerletmek için Hollanda’daki Delf Üniversitesi ile ortak çalışmasına 50 milyon dolarlık yatırım yaptığını açıkladı.

Google ile NASA birlikte çalışıyor

2 Yıldır Google, NASA ve Üniversiteler Uzay Araştırma Birliği (USRA)  Kaliforniya’daki NASA Ames Araştırma Merkezi’nde kurulan 512 kubit D-Wave 2 sistem’i kullanıyorlar ve yapay zekâ ve makine öğrenimi konularında ilerlemek üzere ortak bir projede çalışıyorlar. Eylül 2015 sonunda Google ve NASA kuantum bilgisayarları test etmeye devam etmeye ve D-Wave Systems’e ait bir takım yenilenmiş sistemlerle çalışma konusunda anlaştılar. D-Wave’e ait geliştirilen kuantum bilgisayarların önümüzdeki 7 yıl boyunca yine aynı araştırma merkezine kurulması öngörülüyor. 1000 Kubit’lik işlemcileri içeren yeni makine kendi türünün en hızlısı.

chip bilgisayarlar kuantum mekanigiNASA ve Google arasındaki bu ortak çalışma, hem tarihteki yeri açısından, hem de klasik süper bilgisayarlar için bile çözülmesi zor olan sorunların çözülmesi açısından, önem taşıyor. Bu bilgisayarların sunacağı büyük potansiyel, dev veri analizleri yapılmasını ya da oldukça zor problemlerin çözülmesini kolaylaştıracak ve binlerce defa hızlandıracak.

Böylece bu kuantum devrim hem bilim dünyası, hem gündelik yaşantımızı bir şekilde etkileyecek. Kuantum bilgisayarların hâlâ üzerlerinde çalışılmasını gerektiren sorunları olduğu belirtilse de, bu bilgisayarların yaygınlaşmasına belki de onlarca yıl kaldı. Konuyla ilgilenen herkes, sabırsızlıkla sonuçları ve bu sonuçların günlük hayata olan yansımalarını merakla bekliyor.

Başlık Fotoğrafı: Erick Lucero

computerworldiflsciencelivesciencedwavesysforbes

Schrödinger’in kedisi düşünce deneyi

PAYLAŞ
Önceki yazıTeşekkür ederim Çetin Altan
Sonraki yazıBizim büyük yaftalarımız: İnsan olmayı unutmak
Ruken Zilan, liseyi 15 yaşında dışarıdan bitirdikten sonra Gazi Üniversitesi ve ODTÜ Fizik bölümlerinde Lisans ve Yüksek Lisansını yapmıştır. İkinci Yüksek Lisansını TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesinde Bilgisayar Mühendisliği’nde tamamlamıştır. Uzmanlıkları; “Güneş Enerjisi” ve “Kablosuz Sensör Ağlar” üzerinedir. Ayrıca yüksek lisans çalışmaları süresince, temiz enerji kaynakları ve bilişim teknolojilerinde güvenlik üzerine çalışmaları olmuştur. 2007-2014 yılları arasında UPC BarcelonaTech'te doktora çalışmaları yapmış. 2008-2012 yılları arasında Barselona Süper Bilgisayar Merkezinde araştırmacı olarak çalışmıştır.