|
Geleceğin etkin teknolojilerinin kaynağı: Kuantum bilgi
sistemleri
Kuantum bilgisayarların yakın gelecekte yaşamımıza dahil
olması bekleniyor. Çok alınacak yol var ancak bu yolun çok uzun
olmayacağı konusunda herkes hemfikir.
Kuantum kriptoloji, kuantum hesaplama, kuantum ışınlama ve yapay
zeka gibi geleceğin etkin teknolojilerinin temeli, atomaltı
parçacıkların tabi olduğu kuantum dünyasının tuhaf kurallarından
besleniyor.
Nedir bu tuhaf kurallar?
Kuantum durumu, spin, belirsizlik, süperpozisyon, kuantum
dolanıklık, dalga çökmesi gibi atomaltı parçacıkların dünyasına
özgü kavramlar.
Kuantum bilgi sistemlerine dönük çalışmaların 1990'lı yıllarda
kuramsal düzeyde başladığını görüyoruz. Daha sonrasında, 2000'li
yıllar içinde, laboratuvar odaklı araştırma-geliştirme
çalışmalarına ağırlık verildi; elde edilen sonuçlar oldukça
cesaret vericiydi. Bu süreçte NIST (The National Institute of
Standards and Technology) laboratuvarında Dr. Wineland ve ekibi
kuantum sistemlerinin ölçülmesini ve manipülasyonunu sağlayan
deneysel yöntemler geliştirdiler ve kuantum bilgisayar
teknolojisinin önünün açılmasını sağladılar.
Bu çalışmaları ile Dr. Wineland ve Fransız meslekdaşı Serge
Haroche ile birlikte 2012 yılı Nobel Fizik Ödülü'nün sahibi
oldu.
Kuantum bilgisayarların yakın gelecekte yaşamımıza dahil olması
bekleniyor. Bu yolda ciddi adımlar var.
Nitekim IBM, yakın gelecekte piyasaya yönelik kuantum
bilgisayarlar üreteceğini açıkladı. Bu arada Google'ın da
gelişmiş, işlem yapabilme kapasitesi güçlü ve araştırma amaçlı
bir kuantum bilgisayar yaptığı yönünde bir duyurusu var.
Ancak baştan söyleyelim: Kuantum bilgisayarların, kullandığımız
klasik bilgisayarların yerini alması şimdilik olası görünmüyor.
Kuantum bilgisayarların hesap yapma ve bilgi işleme mantığı
klasik bilgisayarlarınkinden, dolayısıyla bizim klasik düşünce
sistemimizden oldukça farklı.
Klasik bilgisayarlar ikili sistem (binary) olarak adlandırılan
bir sistemle çalışır.
İkili sistem, en basit anlatımla bir devre üzerindeki elektrik
akımının bir anahtar yardımıyla açılıp kapanması esasına
dayalıdır. Açık olması durumu 0, kapalı olması 1 olarak
kodlanıyor. Yani elektrik akımı yoksa 0, varsa 1.
Bunlardan her biri bir "bit" olarak tanımlı, burada "bit"
kodlamanın bilgi taşıyan en küçük birimi olup "binary digit"den
kısaltılmış bir terim.
Sekiz bit, yani sekiz tane 1 ve 0'ın bir araya gelmesi ile bir "byte"
oluşuyor. Bunları günlük hayatımızda zaten kullanıyoruz.
Kilobyte, megabyte gibi.
Kuantum hesaplamada ise klasik hesaplamadaki "bit" kavramının
yerini "qubit" alıyor, o da "quantum-bit" den türetilmiş. Türkçe
metinlerde "kübit" olarak geçiyor, biz de bu nedenle kübit
diyeceğiz.
Bit, elektrik akımının kapalı-açık durumuydu, oysa kübit çok
daha farklı ve karmaşık. Kuantum hesaplamada elektrik akımına
ihtiyaç duyulmuyor, kodlamanın bilgi taşıyan en küçük yapıtaşı
olan kübit bir foton, bir çekirdek ya da bir elektron, yani bir
kuantum parçacığı.
Daha iyi anlamak için bir elektron örneği üzerinden gidelim.
Elektronlar, yüklü parçacıklardır, dolayısıyla bir manyetik
alana sahiptirler ve bir mini çubuk mıknatıs davranışı
gösterirler. Bu özellik "spin" olarak adlandırılır.
Elektronlara bilgi yüklemek, yani kübit oluşturmak için onların
bu spin özelliklerinden yararlanılıyor.
Bir pusula ibresinin yerkürenin manyetik alanı ile yönlenmesi
gibi, bir elektron da içine konulduğu manyetik alana göre
yönlenmekte. Bu, en düşük enerji seviyesi olan "0", yani "spin
aşağı" durumu olarak tanımlı.
Eğer onu alanla ters yöne çevirmek istersek, pusulanın ibresini
ters yöne çevirmek için yaptığımız gibi bir kuvvet uygulamamız
gerekir, bu da en yüksek enerji durumu olan "1", yani "spin
yukarı" durumudur.
Spin-yukarı ve spin aşağı, yani 1ve 0, klasik hesaplamadaki bit
durumunun bir karşılığı gibi görünse de, kübitler farklı olarak
0 ile 1 arasında çeşitli değerler alabilir.
Dahası bir kübit, eş zamanlı hem 0 hem de 1 değeri alabildiği
gibi tüm olasılıkların üst üste bindiği bir kuantum durumunda da
olabilir. Buna "süperpozisyon" diyoruz.
Kuantum parçacığı süperpozisyon durumunda sonsuz sayıda
olasılığı kapsar; bu bir kübitin, süperpozisyon durumunda çok
fazla bilgi taşıyabileceği anlamına gelir.
Ancak onu gözlemlediğimiz ya da okuduğumuz anda alacağı değer 1
ya da 0 olacaktır.
Eğer kuantum parçacıklar bir "kuantum dolanıklık" içinde iseler,
bu özellikleri onlara bir artı güç sağlar.
Dolanıklık durumunda birbiri ile etkileşim içinde olan
parçacıklar paralel işlem yapabilme kabiliyetine de erişmiş
oluyorlar.
Özetle; klasik olarak adlandırdığımız geleneksel bilgisayarlar 0
ya da 1 değeri alabilen bit dizileri ile işlem yaparken, kuantum
hesaplamada işlemler kübit adı verilen birimler üzerinden
gerçekleşiyor. Kübitler eş zamanlı olarak 0 ve 1 değerlerinin
yanısıra tüm olasılık ve kombinasyonları da kapsayan bir
süperpozisyon durumunda bulunabilmekteler.
Bununla birlikte kuantum bilgisayar teknolojisi henüz yolun
başında: Kuantum parçacıklarının hapsedilmesi, kontrolü ve
yönetilmesi ile sistemin dış etkilere karşı yalıtımı,
programlama dili ve mimarisi çözüm bekleyen sorunlardan
başlıcaları.
Yani, daha alınacak çok yol var ancak bu yolun çok uzun
olmayacağı konusunda herkes hemfikir.
KAYNAK : www.t24.com.tr
KAFİAD YAYIN TARİHİ : 01-06-2020 |
