kuantum bilgisayarı



  1. bu aletler hakkında bir çok soru soruluyor ve bir çok yanlış cevap veriliyor. şöyle bir toparlamak istersek:

    soru: kuantum bilgisayarı ne kadar hızlı?
    cevap: kuantum bilgisayarı aslında hızlı değil. hatta, ortalama bir bilgisayar kullanıcısıysanız oldukça yavaş kalacaktır. internette gezinmek, video izlemek gibi işler yapıyorsanız klasik bilgisayarlar kuantum bilgisayarlarından çok daha iyi işler çıkarırlar. kuantum bilgisayarları sadece belli başlı hesaplama türlerinde klasik bilgisayarlardan iyi işler çıkarırlar. bu belli başlı hızlı olduğu işlemlerde ise klasik bilgisayarlara logaritmik olarak hız farkı atarlar.

    soru: nasıl çalışır?
    cevap:
    kuantum bilgisayarının temel hesaplama prensibi orbitallerdeki elektronların hareketleri ve durumlarıdır.

    klasik bilgisayarlarda bit denen veri depolama birimleri, 1 ve 0'lar ile çalışır. bu bit denilen birimler, matematikte 2 tabanında gösterilebilen sayıları depolarlar. yani örnek ile, 2 bit ile gösterilebilecek sayılar şunlardır:

    00 = 0
    01 = 1
    10 = 2
    11 = 3

    klasik bilgisayar, n sayıda bit için, 2^n sayıda değeri içinde barındırabilir. (2 bit için 2^2=4 sayı tanımlayabildik yukarıda.)

    kuantum bilgisayarlarında ise durum farklıdır. bit'ler isimleri değişerek qubit (quantum bit) olarak isimlendirilir. 1, 0 ve aradaki tüm değerleri alabilirler. bunun sebebi kuantum parçacıklarının garip huyları, davranışları ve ölçümlerdeki belirsizliklerdir. bu belirsizlikler sayesinde, bir qubit aynı anda hem 1 hem 0 değerlerini alabilir. kulağa çılgınca geliyor ama o kadar küçük düzeye inince bunlar olası. schrödinger'in kedisini hatırlarsanız; o deneyde bahsedilen aynı anda hem ölü hem canlı olmak, tam olarak bunu açıklamak içindi. biz o elektronu doğru biçimde ölçene kadar değeri hem 1 hem 0'dır.

    yukarıda klasik bilgisayarda verdiğimiz örneği kb için de verelim, dedik ki bir qubit aynı anda hem 1 hem de 0'ı sembolize eder. o zaman yanyana 2 tane qubit koymanız durumunda:

    qq = 00, 01, 10, 11 = 0, 1, 2, 3

    sayılarının hepsini aynı anda sembolize edebilir.

    soru: peki bu yukarıdakiler ne demek?
    cevap: diyelim ki elimizde 4 tane iskambil kartı var. bunlardan birisi papaz diğerleri de rastgele sayılar. kartları yüzüstü masaya koyuyoruz ve papazı arıyoruz. şimdi bu örneğin QB ve klasik bilgisayarlarca nasıl çözüldüğüne bakalım:

    klasik bilgisayara göre 4 kart, 2 bit ile sembolize edilebilir. elimizde 4 tane kart ve bir de doğru seçeneği barındıran değişkenimiz var.

    kartlar = 1, 2, 3, 4
    doğru seçenek = 3

    1. karta bakıyoruz, papaz mı diye -> değil.
    2. karta bakıyoruz, papaz mı diye -> değil.
    3. karta bakıyoruz, papaz mı diye -> öyle. o zaman cevap 3. 3 kere deneme yapıp sonucu bulduk.

    kuantum bilgisayarı ise bunu şöyle yapıyor:

    kartlar = 1, 2, 3, 4
    bu kadar kartın hepsinin değerini tutmak yerine temsili olarak qq sayısını tanımlıyoruz. unutmayın, qq sayısı aynı anda hem 0 hem 1 hem 2 hem 3.
    doğru seçenek = 3

    bilgisayar geliyor, bakıyor, doğru seçenek dediğimiz sayı qq ile eşit mi diye.
    sonuç? hem evet, hem hayır (swh). çünkü 0 1 ve 2 papaz değilken 3 papazmış. dolayısıyla hem evet hem hayır. basit bir hesaplamayla doğru seçeneği yanlış seçenekten ayırıyoruz ve elimizde 3 sayısı kalıyor.

    kaç deneme yaptık? 1 adet. tek seferde bütün kartları çevirip aynı anda bakıyor gibi düşünebilirsiniz. 1 el ile aynı anda 4 kartı açabilmek gibi de düşünebilirsiniz.

    klasik bilgisayarın 4 deneme yapması gereken durumda QB 1 denemede sorunu çözebiliyor. 2 basamaklı sayılar için bu böyle. 3 basamaklı olsa, klasik bilgisayar 8 deneme yapacaktı. QB ise 3 qubit ile tek deneme yapsa yeterdi. denklem şöyle devam ediyor:

    klasik bilgisayar için 2^n bit ile gösterilen veri = n tane qubit ile gösterilebilen veri.

    50 haneli, 110...1101 şeklinde bir şifreniz oldugunu düşünün (ki aslında harfler de bilgisayar dilinde sayı olduğundan, hepimizin 50 haneli 101011 biçiminde şifreleri var). normal bilgisayar şifrenizi kırmak için 2 üzeri 50 deneme yapacakken kuantum bilgisayarı 50 qubit kullanarak tek denemede şifreyi kırabilir.

    düzeltme: şuradaki güzel aksanlı italyan metalci fizik profesörü abimiz olayı çok güzel özetliyor izleyin derim: https://youtu.be/g_IaVepNDT4?t=2m10s
  2. Kanada başbakanı da kuantum bilgisayarını kısaca anlatmıştı. ^:swh^
  3. efenim bu bilgisayarlar veriyi işlemek için şu anki bilgisayarlarda olduğu gibi sadece 0 ve 1 pozisyonunda yer alabilne bir transistörlerden değil 0, 1 veya hem 0 hem 1 pozisyonunda bulunabilen qubit adlı bileşenlerden oluşuyor.

    bu günümüz bilgisayarlarının çözmek için epey bi vakit harcadığı veya çözemediği hesaplamaları çok hızlı bir şekilde çözebilme anlamı taşıyor.
  4. soru: kuantum bilgisayarları neden mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda çalışmalılardır?

    cevap: qubitler, bir atomun belli bir orbitalinde sahip olduğu 2 elektronun durumuna göre bilgi depolarlar.

    normal bir bilgisayarda, mesela ram'de öylece duran 1111 şeklindeki bir veri, ansızın 0011'e dönüşebiliyor mu? hayır. bilgisayarda tutulan veri kendi başına değişmiyor hiçbir zaman. bu sayede tutarlı ve deterministik hesaplamalar yapabiliyoruz. 2+2 dediğimzde bilgisayar bize hep 4 sonucunu döndürebiliyor.

    bunun yanında işler atom düzeyinde öyle yürümüyor. elektronların pozisyonlarından kastımız; bu elektronların spin hareketleri. yani orbitalde dönme şekillerine göre veri depoluyoruz ve işliyoruz. fizik ve kimya derslerinden hatırladığımız üzre, ısı alan maddenin titreşim hareketi hızlanır. daha çok titreşir ve enerjisi arttıkça daha kararsız hale gelir. ısının çoğalması demek sizin o elektrona emanet ettiğiniz verinin artık kendi kafasına göre takılması demek. hatta bazen, bazı atomlar o kadar fazla enerjiye sahip olurlar ki bazı elektronları artık hızlarını alamayıp atomu terkedebilirler. ısı arttıkça kararsızlık artıyor yani. ayrıca enerjisi az atomları gözlemlemek daha kolaydır.

    düşünün; veriyi depo ettiğiniz elektrona bir bakıyorsunuz, artık yok veya değişmiş. iyonize olup gitmiş veya başka bir atomdan kopan elektrona çarpmış, spin değeri değişmiş. böyle bir saçmalık olmayacağı için sistemi en hareketsiz ve en stabil konumda tutmalısınız. bu da mutlak sıfır veya ona çoook yakın sıcaklıklarda mümkün.
  5. gta 5i 4k ayarlarda 60 fps çalıştırıp yine de zorlamayacak bilgisayarlardır.
  6. yapay zekanın günlük hayatta tam anlamıyla kullanılabilmesi için gereken bilgisayarlardır.

    örneğin google translate'i kuantum bilgisayarlar üzerinden çalıştırdığımızda çeviri hataları yok denecek kadar az olacaktır.

    yapay zeka geçmişe göre çok yol kat etse de (go oyununda bir insanı yenmesi başlı başına bir devrimdir) hala yolun başında.

    mesela henüz transistörün olmadığı yılları düşünün ve o zamanki hantal bilgisayarları. işte günümüz bilgisayarları da ne kadar gelişmiş olsa da kuantum bilgisayarları yanında o bilgisayarlar kadar hantal kalıyor.

    yaygınlaştığı zaman dünya nasıl bir yer haline gelecek gerçekten merak ediyorum ve heyecanlanıyorum. transistörün icadı bile hayatımızda büyük değişiklikler yaptıysa kim bilir bu türden bir bilgisayarla neler yapabileceğiz.