Bugünün akıllı telefonları, 50 yıl öncesinin oda büyüklüğündeki bilgisayarlarının işlem gücüne sahipler. Ancak, bilgisayar devriminin başlangıcından beri teknolojide atılan olağanüstü adımlarla bile, günümüzün klasik bilgisayarlarının çözemediği yığınla sorun var ve çözümleri kuantum bilgisayarlarda aranıyor. Kullandığımız bilgisayarlarda, transistörler olarak bilinen ve neredeyse bir atom kadar küçük olan bellek üniteleri geliştirmiş olsak da, artık tamamen yeni bir yaklaşımla, tamamen farklı bilgisayarlar tasarlamak zorundayız.
Klasik Bilgisayarların Sınırları
Klasik bir bilgisayar, geçmişte insanlığın hayal bile edemeyeceği pek çok şeyi yapmamıza yardımcı olmuş olsa da, aslında, girdiğimiz verilerle ilgili işlemleri yapmak üzere, iki durumu (evet-hayır, aç-kapa gibi) temsil etmek için 0 ve 1 değerlerinden oluşan bit dizilerini kullanan bir tür hesap makinesidir. Amaç, kuantum bilgisayarların klasik bilgisayarların yerini alması değil, klasik bilgisayarların yeteneklerinin ötesindeki karmaşık sorunları çözmek için kullanacağımız farklı bir araç üretmektir. Depolamamız gereken bilgilerin sürekli arttığı “büyük veri” (big data) dünyasında, genellikle klasik bilgisayarlar bir seferde bir işi yapmakla sınırlı olduğundan, problemler ne kadar karmaşık olursa işlemler o kadar uzun zaman ve enerji tüketmektedir. Günümüzün bilgisayarları için, çok fazla güç ve zaman gerektiren ve başa çıkılamaz görülen problemler, kuantum bilgisayarların kolaylıkla çözeceği tahmin edilen problemlerdir.
Kuantum Bilgisayarların Gücü
Alan Turing’in 1936’da icat ettiği “Turing makinesi”, kuantum bilgisayarın teorik bir modelidir ve aynı zamanda evrensel kuantum bilgisayarı olarak da bilinmektedir. Soyut bir makineyi tanımlayan bu matematiksel hesaplama modeli, sadeliğine rağmen, herhangi bir bilgisayar algoritması verildiğinde, bu algoritmanın mantığını simüle edebilen bir Turing makinesi oluşturabilmektedir. Kuantum alanı, 1980’de Paul Benioff ve Yuri Manin, 1982’de Richard Feynman, 1985’te David Deutsch tarafından başlatıldı ve geliştirildi. Atom ve atom altı parçacıkların dünyasında, parçacıklar aynı anda birden fazla durumda bulunabilmekte ve alışılmadık şekillerde davranabilmektedir. Kuantum bilgisayarlarda da bu yetenekten yararlanılmaktadır.
Geleneksel bilgisayarların kullandığı bit yerine, kuantum bilgisayarlar kubit olarak adlandırılan kuantum biti kullanmaktadır. Farkı anlamak için, örneğin bir küre hayal edildiğinde, bir bit, kürenin iki kutbundan birinde olabilir, ama bir kubit, kürenin herhangi bir noktasında var olabilir. Bu özellik, kubitleri kullanan bir bilgisayarın, muazzam miktarda bilgiyi depolayabileceği ve klasik bir bilgisayardan daha az enerji kullanacağı anlamına gelmektedir. Geleneksel fizik yasalarının artık geçerli olmadığı bu alanda, bugün kullandığımızdan çok daha hızlı (bir milyon kat veya daha hızlı) olan işlemciler üretilebilecektir.
Neden Kuantum Bilgisayarlara Geçmek Zorundayız?
Bilgisayar endüstrisi üzerindeki, bilgisayarları daha verimli hale getirmenin yollarını ivedilikle bulma konusundaki baskı, klasik yöntemlerle üretilmiş bilgisayarlarla, enerji açısından verimliliğin sınırlarına ulaşılmış olunmasıdır. 2040 yılına gelindiğinde, artık dünyanın dört bir yanındaki sayısız bilgisayarlara güç sağlayabilecek enerji kapasitesinin sonuna gelinmiş olacak. Açıkçası, kuantum bilgisayarlar yeterince hızlı geliştirilemezse, klasik bilgisayarlara dayalı sistemler ölmeye başlayacak.
Kuantum bilgisayarların dünyamızda neleri değiştireceğini tahmin etmek zor. Çünkü tamamen yeni bir fizik alanındaki buluşların, tüm sektörlerde yaratacağı değişimler ve daha önce hiç akla gelmeyen çözümler ve kullanımlar olacak. Fakat klasik bilgisayarların dünyamızı sadece iki seçenekli (0 ve1) basit bir bit kullanımıyla nasıl değiştirdiğine baktığımızda, milyonlarca hesaplamayı aynı anda yapabilen kubit işlem gücünün gerçekleştirebileceği neredeyse sınırsız olağanüstü olasılıklar hayal gücümüzün sınırlarını zorluyor.
Bilinen, her endüstri için oyunun kurallarının değişeceği ve iş yapma biçimimizde, yeni ilaç ve malzemeler icat etmemizde, verileri korumamızda, hava durumu olayları ve iklim değişikliği tahminlerinde büyük etkileri olacağıdır. IBM ve Google gibi dünyadaki en etkili şirketlerin ve ABD, Rusya, Çin gibi ülkelerin kuantum teknolojisine yatırım yapması tesadüf değildir.
Kaynakça:
– Scott Aaronson, “Quantum Computing since Democritus”, Cambridge University Press,(2013).
– N. David Mermin, “Quantum Computer Science: An Introduction”, Cambridge University Press, (2007).
Yazar: Oben Güney Saraçoğlu