Bilgisayar dünyasında yıllar boyunca bir husus üzerine daima tartışmalar, olaylar, beyin fırtınaları döndü: Kuantum hesaplama mümkün mü, değil mi? Mümkünse nasıl çalışacak, ne için kullanılacak?
Bu sene, birinci transistör bazlı işlemci olan Intel 4004’ün çıkışının 50. yıl dönümü. Moore yasası ve Dennard’ın ölçeklendirme fikriyle bugüne kadar gelen bilgisayarlarımız artık geçmiş senelerdaki üzere süratli gelişim gösteremez hale geldi. Her ne kadar cep telefonlarımız bile eskinin harika bilgisayarlarına kıyasla epey daha kuvvetli işlemcilere sahip olsa da bilgisayar dünyası için artık klasik işlemciler yetersiz kalmaya başladı. Tahlil ise kuantum bilgisayarlar.
Halihazırdaki gelişmişlik düzebir daha gelene kadar geçtiğimiz on senelerda, en parlak mühendisler birtakım hesaplamalar yaptılar. Transistörler geliştirdiler, elektronlara kadar inip derin bilimsel ve fizikî araştırmalarla uğraştılar. En sonunda algoritmalar, derleyiciler, mikro işlemciler, mantık kapıları ve bunların da temelinde çalışması için 0’lar ve 1’lerden oluşan bir ekosistem geliştirdiler.
Bugün günümüz bilgi sistemlerinde her şey 0 ve 1’lerden oluşan mantık prensibine dayanıyor. İzlediğiniz sinema, yazdığınız yazı, oynadığınız oyun ve dahası. Pekala ya bilgisayar dünyası artık son raddeye mi geldi, daha ilerisi yok mu halihazırdaki teknolojilerin?
Elbet ki var. IBM, Google, Intel, Microsoft ve öbür biroldukça teknoloji devi yalnızca bu iş için kurmuş olduğu laboratuvarlara milyarlarca dolar yatırım yaparak özel kuantum bilgi işlemciler geliştirmeye çalışıyor. Devletler de çağı yakalayabilmek için daima yatırımlar yapıyor, çünkü bilgisayarların geleceği bu.
Her yeni prototiple birlikte biraz daha geliştirilen bu makinelerdeki kuantum bitlerinin yani kübitlerin sayısı da gittikçe artıyor. Muvaffakiyete ulaşıldığı takdirde günümüz sistemlerinin yıllar uzunluğu yapamayacağı inanılmaz işleri yapan kuantum bilgisayarlara sahip olmamız an sıkıntısı üzere gözüküyor. Pekala buna ne kadar yakınız?
Maalesef ki kuantum hesaplamanın önünde kat edilmesi gereken epey yol var. Şu ana kadar geliştirilebilen kuantum makineleri günümüz bilgisayarlarının transistör öncesi vakum tüplü vaktine denk yeterlilikteler.
Araştırmacılara bakılırsa kuantum fiziği kullanılarak geliştirilen bu işlemciler NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) ismi verilen bir periyotta günümüz bilgisayarlarına kıyasla hesaplama üstünlüğüne sahip olacaklar. Geliştirme sürecinde bu yapının kusurlara çok açık tasarlandığı da kuantum bilgisayarlar hakkında yazılar okumayı sevenler tarafınca bilinen bir şey.
IBM tarafınca geliştirilen, 50 kübitlik bir kuantum bilgisayarı.
Sanılanın bilakis kuantum bilgisayarlar günümüz sistemlerinin yerini büsbütün almayacak. Daha hayli ek bir hızlandırıcı üzere, yardımcı bileşen olarak kullanılacak. Örneğin ekran kartlarının olağan CPU’lara kıyasla işlenmesi sıkıntı manzaraları kolaylıkla çizmesi üzere. Bu maksatla geliştirilmesi planlanan kuantum hızlandırıcılı işlemcilere ise QPU yani “Kuantum Süreç Birimi” deniliyor. QPU üniteleri de olağan CPU’lar tarafınca başka bir donanım üzere denetim ediliyor. Yani işlemciler ve kuantum işlemciler birlikte çalışacak.
Bilgisayarlarda kullanılması planlanan kuantum çalışma yapısı klasik olarak datanın ön yahut son süreçten geçirilmesine yarayacak, o kadar. Büsbütün saf bir halde kuantum işlemcilerin kullanılması en azından şimdilik pek mümkün gözükmüyor.
Bu süreçte yapılmak istenen ise elektronların bilinen özelliklerini kullanmak yerine kuantum fiziğinin nimetlerinden hayli süratli hesaplamalar yapabilmek için yaralanmak. Günümüz bilimsel araştırmalarında kullanılan üstün bilgisayarlar bile artık bir noktada yetersiz hale geldiğinden, kuantum bilgisayarlar başarılı olursa biroldukca öteki bilimsel araştırmanın ve buluşun kapısının açılacağını söyleyebiliriz.
Aslında kuantumun ne olduğu ve mümkün olup olmadığı yalnızca günümüzde değil, yüzseneler evvel geçmişte de bilim erkeklerinda tartışılıyordu. Niels Bohr, Einstein ve daha kaç fizikçi bunun üstünde baş yorup münazaralarda birbirlerine açıklamalar yapıyorlardı. Gelin biraz geçmişe gidelim ve kuantumun yaygınlaşması ve zorluklar hakkında ortaya atılan teorileri irdelemeye başlayalım.
Kuantum bilgisayarlar, verileri depolamak ve hesaplamalar yapmak için kuantum fiziğinin özelliklerini kullanan makinelerdir. Bu, en yeterli harika bilgisayarlarımızdan bile hayli daha uygun performans gösterebilecekleri muhakkak misyonlar için son derece avantajlı olabilir.
Akıllı telefonları ve dizüstü bilgisayarları kapsayan klasik bilgisayarlar, ayrıntıları 0’lar yahut 1’ler olabilen ikili “bitler” olarak kodlar. Kuantum bilgisayarda ise belleğin temel ünitesi bir kuantum biti yahut kübittir.
Kübitler, bir elektronun dönüşü yahut bir fotonun istikameti üzere fizikî sistemler kullanılarak yapılır. Bu sistemler, tıpkı anda biroldukca farklı düzenlemede olabilir; bu, kuantum süperpozisyonu olarak bilinen bir özelliktir. Kübitler ayrıca kuantum dolaşıklık ismi verilen bir fenomen kullanılarak ayrılmaz bir biçimde birbirine bağlanabilir. Sonuç olarak, bir dizi kübit birebir anda farklı şeyleri temsil edebilir.
Örneğin, klasik bir bilgisayarın 0 ile 255 içindeki rastgele bir sayıyı temsil etmesi için sekiz bit kafidir. Lakin bir kuantum bilgisayarının birebir anda 0 ile 255 içindeki her sayıyı temsil etmesi için sekiz kübit kafidir. Birkaç yüz dolaşık kübit, cihandaki atomlardan daha fazla sayıyı temsil etmek için kâfi olacaktır.
Kuantum bilgisayarların klasik olanlardan üstün olduğu yer burasıdır. Çok sayıda muhtemel kombinasyonun olduğu durumlarda, kuantum bilgisayarlar bunları tıpkı anda kıymetlendirebilir. Örnekler, hayli büyük bir sayının asal çarpanlarını yahut iki yer içindeki en âlâ yolu bulmaya çalışmayı içerir.
birebir vakitte, klasik bilgisayarların hala kuantum bilgisayarlardan daha yeterli performans göstereceği biroldukça durum olabilir. ötürüsıyla geleceğin bilgisayarları bu iki tıbbın bir kombinasyonu olacak.
Şimdilik kuantum bilgisayarlar pek hassas: ısı, elektromanyetik alanlar ve hava molekülleriyle çarpışmalar bir kübitin kuantum özelliklerini kaybetmesine niye olabiliyor. Kuantum decoherence olarak bilinen bu süreç, sistemin çökmesine niye oluyor ve ne kadar epey parçacık var ise olay o kadar süratli gerçekleşiyor.
Belçika’nın Brüksel kentinde 1927 yılında kentte pek farklı bir hava hakimdi. Solvay Konferansı ismi verilen bir görüşmede o periyodun en düzgün fizikçileri bir ortaya gelmiş, daima birlikte hararetle farklı bir mevzuyu tartışmaya başlamışlardı. Bu konferansa katılan 27 fizikçinin 17’si Nobel mükafatı kazanmıştı.
Konferans genel itibariyle iki büyük insanın attığı fikirler hakkında yapılan bilimsel tartışmalar üzerinde dönüyordu: Niels Bohr’un kuantum teorisi ve Albert Einstein’ın onu çürütmek için söylemiş oldukleri.
Yaklaşık 1 hafta süren bu konferans boyunca Einstein pek kararlıydı, kuantumun kusurları hakkında yapmış olduğu araştırmalarla Bohr’u zora sokmayı planlıyordu. Bohr ve onun fikrini destekleyen öbür bilim insanları ise akla gelebilecek her türlü zorluğu hesaba katarak Einstein’ın söylemiş olduklerini çürütmeye çalışacaklardı. Fizikçiler bu büyük münazarayı kazanabilmek için her ihtimali hesaplıyor, üzerinde çalışmalar yapıyorlardı. Bohr bir seferinde Einstein’ı çürütmek için onun geliştirmiş olduğu nazaranlilik Kuramı’nı bile karşı argüman olarak kullanmıştı.
Konferansın sonucunda ise Bohr ve onu destekleyen fizikçiler Einstein tarafınca ortaya atılan bütün argümanlara cevap vermiş ve münazarayı kazanmış sayılıyordu.
Solvay Konferansı ve katılan bilim insanları.
Einstein hala kuantum teorisinde birtakım yanılgıların olduğunu düşünüyor, bunu ispatlamak için canla başla çabalıyordu. Takvimler 1933 yılını gösterdiğinde Princeton’a yerleşen bilim insanı, kuantumun potansiyel kusurlarını bulabilmek maksadıyla Boris Podolsky ve Nathan Rosen ile çalışmaya başladı. birlikte yaptıkları uzun periyodik çalışmalar sonucunda kuantum fiziğinde bir bilinmezlik ortaya çıkardılar. EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) paradoksu ismi verilen bu kuramda, parçacıklar içinde imkansız denilebilecek cinsten bir irtibat keşfedildi. Birkaç parçacığın gerçek dünyada eşleşen davranışlar sergileyebileceğini buldular.
EPR paradoksunu örnekleyecek olursak, her biri birer metre aralıkla başka ayrı kapların altında bulunan iki parçacık düşünün. Matematiksel olarak bu kapların birinin altında bulunan parçacığın bulunup, bakılması öbür kabın da altındaki parçacığın eşleşen yapılara sahip olduğunu ortaya çıkaracaktı. Einsten buna kendi değimiyle “uzaklıkta ürkütücü eylem” diyecekti. EPR paradoksu Einstein’in en çok araştırılan çalışmalarından bir tanesiydi ve biroldukça fizikçi bu paradoksu çözüp bilimezlikten kurtarmak için çalışmıştı. Sanki Eintesin’ın tezi mı doğruydu yoksa Bohr’un teorisi mi?
Kuantum mekaniğindeki bu devasa çarpıklığa karşın günümüzde teorinin başarılı olduğunu görüyoruz. 1940 yılında lazerlerin keşfi ve paralel eksende günümüz işlemcilerin temelinde yatan transistörlerin geliştirilmesi kuantum teorisinin baştan “doğru” olduğu var iseyılarak gerçekleştirildi. 1960 senelerına kadar bu karışıklığa nitekim bir karşılık bulunamamıştı.
EPR Paradoksu hakkında görsel. – Fotoğraf Kaynağı: Vikipedi
Pekala ya kuantum bilgi sürecin üstünlüğünü daha da tesirli değerlendirebilmek için Shor algoritması ile Grover’i birleştirsek ne olur diye hiç düşündünüz mü? N bitlik bir parolayı (n burada rastgele bir sayıyı söz eder) kırmak istediğimizi düşünelim. Klasik bilgisayarların bu şifreyi kırabilmesi için parolanın bütün mümkün kombinasyonları denemesi gerekir. Yani her insanın bildiği kaba kuvvet saldırısı yapılır. Şayet N-kübitlik bir kuantum sistem kullanıyorsak teorik manada bütün kombinasyonları birebir anda bilgisayarımızla keşfedebiliriz. Bu süperpozisyonun sayesinde gerçekleşir.
çabucak sonrasındasında ise bulduğumuz bütün bu kombinasyonları elemek ve hakikat olanı ayırt etmek için Grover algoritmasını kullanabiliriz. Hangi bit dizesinin şifreyi kıracağı bu biçimdece çok yüksek bir olasılıkla bulumuş olunur.
Tabi şunu da unutmamak gerekir ki kuantum bilgisayarların tek emeli kriptografik yapıları bozulmaya uğratmak, şifreleri kırmak değildir. Kuantum bilgisayarlar sayesinde bununla birlikte günümüzdekinden epeyce daha kuvvetli şifreleme altyapıları da oluşturabiliriz. Bir kuantum sisteminde diğerleri tarafınca izlenip izlenmediğimizi anlamak emeliyle dolaşıklık özelliğinden faydalanabiliriz en sıradaninden. Dolanık kuantum parçacıkları mantıken tıpkı davranışı sergilemesi gereken yapılar olduğu için bilginin diğerlerince yakalanması transferin yapıldığı parçacıkların özelliğinin değişmesine yol açar. Bu biçim teknolojiler altyapı güvenliğini daha yeterli hale getirmek için günümüzde daha farklı biçimlerde uygulansa da kuantum üzere olmuyor. Kuantum bazlı internetin ne kadar inançlı olabileceğini hayal edin.
Ancak, biraz üzücü olacak ancak kuantumu bu türlü kullanıp çeşitli algoritmalardan faydalanabilmemiz için yüzlerce kararlı kübite gereksinimimiz var, bu da on yıllar boyunca daha çalışmamız gerektiği manasına geliyor. Bilim adamları ve fizikçiler bu karmaşık sistem içerisinde kuantumun üstünlüğünü gösterebilecek, uzun vadeli olmayan NISQ yapılarla daha epeyce ilgileniyor. VQE (Variational Quantum Eigensolvers) ve QAOA (Quantum Approximate Optimization Algorithm) üzere yapılar ise kuantum hesaplamaların yakın vakit içerisinde potansiyelini kullanabilmek maksadıyla geliştiriliyor.
Pekala bize kuantumun şimdilik yararı ne? Aslında hala klasik bilgisayar çağındayken kuantum algoritmalarına yönelik araştırma yaparak halihazırda kullanmış olduğumuz algoritmaların daha gelişmişini keşfedebiliyoruz. bu biçimdece kuantum işlemciler tasarlanana kadar yan teknoloji transferiyle daha farklı alanlarda bilimsel manada muvaffakiyetler elde edilebiliyor.
Kaynak
Bu sene, birinci transistör bazlı işlemci olan Intel 4004’ün çıkışının 50. yıl dönümü. Moore yasası ve Dennard’ın ölçeklendirme fikriyle bugüne kadar gelen bilgisayarlarımız artık geçmiş senelerdaki üzere süratli gelişim gösteremez hale geldi. Her ne kadar cep telefonlarımız bile eskinin harika bilgisayarlarına kıyasla epey daha kuvvetli işlemcilere sahip olsa da bilgisayar dünyası için artık klasik işlemciler yetersiz kalmaya başladı. Tahlil ise kuantum bilgisayarlar.
Halihazırdaki gelişmişlik düzebir daha gelene kadar geçtiğimiz on senelerda, en parlak mühendisler birtakım hesaplamalar yaptılar. Transistörler geliştirdiler, elektronlara kadar inip derin bilimsel ve fizikî araştırmalarla uğraştılar. En sonunda algoritmalar, derleyiciler, mikro işlemciler, mantık kapıları ve bunların da temelinde çalışması için 0’lar ve 1’lerden oluşan bir ekosistem geliştirdiler.
Bugün günümüz bilgi sistemlerinde her şey 0 ve 1’lerden oluşan mantık prensibine dayanıyor. İzlediğiniz sinema, yazdığınız yazı, oynadığınız oyun ve dahası. Pekala ya bilgisayar dünyası artık son raddeye mi geldi, daha ilerisi yok mu halihazırdaki teknolojilerin?
Elbet ki var. IBM, Google, Intel, Microsoft ve öbür biroldukça teknoloji devi yalnızca bu iş için kurmuş olduğu laboratuvarlara milyarlarca dolar yatırım yaparak özel kuantum bilgi işlemciler geliştirmeye çalışıyor. Devletler de çağı yakalayabilmek için daima yatırımlar yapıyor, çünkü bilgisayarların geleceği bu.
Her yeni prototiple birlikte biraz daha geliştirilen bu makinelerdeki kuantum bitlerinin yani kübitlerin sayısı da gittikçe artıyor. Muvaffakiyete ulaşıldığı takdirde günümüz sistemlerinin yıllar uzunluğu yapamayacağı inanılmaz işleri yapan kuantum bilgisayarlara sahip olmamız an sıkıntısı üzere gözüküyor. Pekala buna ne kadar yakınız?
Maalesef ki kuantum hesaplamanın önünde kat edilmesi gereken epey yol var. Şu ana kadar geliştirilebilen kuantum makineleri günümüz bilgisayarlarının transistör öncesi vakum tüplü vaktine denk yeterlilikteler.
Araştırmacılara bakılırsa kuantum fiziği kullanılarak geliştirilen bu işlemciler NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) ismi verilen bir periyotta günümüz bilgisayarlarına kıyasla hesaplama üstünlüğüne sahip olacaklar. Geliştirme sürecinde bu yapının kusurlara çok açık tasarlandığı da kuantum bilgisayarlar hakkında yazılar okumayı sevenler tarafınca bilinen bir şey.
IBM tarafınca geliştirilen, 50 kübitlik bir kuantum bilgisayarı.
Sanılanın bilakis kuantum bilgisayarlar günümüz sistemlerinin yerini büsbütün almayacak. Daha hayli ek bir hızlandırıcı üzere, yardımcı bileşen olarak kullanılacak. Örneğin ekran kartlarının olağan CPU’lara kıyasla işlenmesi sıkıntı manzaraları kolaylıkla çizmesi üzere. Bu maksatla geliştirilmesi planlanan kuantum hızlandırıcılı işlemcilere ise QPU yani “Kuantum Süreç Birimi” deniliyor. QPU üniteleri de olağan CPU’lar tarafınca başka bir donanım üzere denetim ediliyor. Yani işlemciler ve kuantum işlemciler birlikte çalışacak.
Bilgisayarlarda kullanılması planlanan kuantum çalışma yapısı klasik olarak datanın ön yahut son süreçten geçirilmesine yarayacak, o kadar. Büsbütün saf bir halde kuantum işlemcilerin kullanılması en azından şimdilik pek mümkün gözükmüyor.
Bu süreçte yapılmak istenen ise elektronların bilinen özelliklerini kullanmak yerine kuantum fiziğinin nimetlerinden hayli süratli hesaplamalar yapabilmek için yaralanmak. Günümüz bilimsel araştırmalarında kullanılan üstün bilgisayarlar bile artık bir noktada yetersiz hale geldiğinden, kuantum bilgisayarlar başarılı olursa biroldukca öteki bilimsel araştırmanın ve buluşun kapısının açılacağını söyleyebiliriz.
Aslında kuantumun ne olduğu ve mümkün olup olmadığı yalnızca günümüzde değil, yüzseneler evvel geçmişte de bilim erkeklerinda tartışılıyordu. Niels Bohr, Einstein ve daha kaç fizikçi bunun üstünde baş yorup münazaralarda birbirlerine açıklamalar yapıyorlardı. Gelin biraz geçmişe gidelim ve kuantumun yaygınlaşması ve zorluklar hakkında ortaya atılan teorileri irdelemeye başlayalım.
Kuantum bilgisayarlar, verileri depolamak ve hesaplamalar yapmak için kuantum fiziğinin özelliklerini kullanan makinelerdir. Bu, en yeterli harika bilgisayarlarımızdan bile hayli daha uygun performans gösterebilecekleri muhakkak misyonlar için son derece avantajlı olabilir.
Akıllı telefonları ve dizüstü bilgisayarları kapsayan klasik bilgisayarlar, ayrıntıları 0’lar yahut 1’ler olabilen ikili “bitler” olarak kodlar. Kuantum bilgisayarda ise belleğin temel ünitesi bir kuantum biti yahut kübittir.
Kübitler, bir elektronun dönüşü yahut bir fotonun istikameti üzere fizikî sistemler kullanılarak yapılır. Bu sistemler, tıpkı anda biroldukca farklı düzenlemede olabilir; bu, kuantum süperpozisyonu olarak bilinen bir özelliktir. Kübitler ayrıca kuantum dolaşıklık ismi verilen bir fenomen kullanılarak ayrılmaz bir biçimde birbirine bağlanabilir. Sonuç olarak, bir dizi kübit birebir anda farklı şeyleri temsil edebilir.
Örneğin, klasik bir bilgisayarın 0 ile 255 içindeki rastgele bir sayıyı temsil etmesi için sekiz bit kafidir. Lakin bir kuantum bilgisayarının birebir anda 0 ile 255 içindeki her sayıyı temsil etmesi için sekiz kübit kafidir. Birkaç yüz dolaşık kübit, cihandaki atomlardan daha fazla sayıyı temsil etmek için kâfi olacaktır.
Kuantum bilgisayarların klasik olanlardan üstün olduğu yer burasıdır. Çok sayıda muhtemel kombinasyonun olduğu durumlarda, kuantum bilgisayarlar bunları tıpkı anda kıymetlendirebilir. Örnekler, hayli büyük bir sayının asal çarpanlarını yahut iki yer içindeki en âlâ yolu bulmaya çalışmayı içerir.
birebir vakitte, klasik bilgisayarların hala kuantum bilgisayarlardan daha yeterli performans göstereceği biroldukça durum olabilir. ötürüsıyla geleceğin bilgisayarları bu iki tıbbın bir kombinasyonu olacak.
Şimdilik kuantum bilgisayarlar pek hassas: ısı, elektromanyetik alanlar ve hava molekülleriyle çarpışmalar bir kübitin kuantum özelliklerini kaybetmesine niye olabiliyor. Kuantum decoherence olarak bilinen bu süreç, sistemin çökmesine niye oluyor ve ne kadar epey parçacık var ise olay o kadar süratli gerçekleşiyor.
Belçika’nın Brüksel kentinde 1927 yılında kentte pek farklı bir hava hakimdi. Solvay Konferansı ismi verilen bir görüşmede o periyodun en düzgün fizikçileri bir ortaya gelmiş, daima birlikte hararetle farklı bir mevzuyu tartışmaya başlamışlardı. Bu konferansa katılan 27 fizikçinin 17’si Nobel mükafatı kazanmıştı.
Konferans genel itibariyle iki büyük insanın attığı fikirler hakkında yapılan bilimsel tartışmalar üzerinde dönüyordu: Niels Bohr’un kuantum teorisi ve Albert Einstein’ın onu çürütmek için söylemiş oldukleri.
Yaklaşık 1 hafta süren bu konferans boyunca Einstein pek kararlıydı, kuantumun kusurları hakkında yapmış olduğu araştırmalarla Bohr’u zora sokmayı planlıyordu. Bohr ve onun fikrini destekleyen öbür bilim insanları ise akla gelebilecek her türlü zorluğu hesaba katarak Einstein’ın söylemiş olduklerini çürütmeye çalışacaklardı. Fizikçiler bu büyük münazarayı kazanabilmek için her ihtimali hesaplıyor, üzerinde çalışmalar yapıyorlardı. Bohr bir seferinde Einstein’ı çürütmek için onun geliştirmiş olduğu nazaranlilik Kuramı’nı bile karşı argüman olarak kullanmıştı.
Konferansın sonucunda ise Bohr ve onu destekleyen fizikçiler Einstein tarafınca ortaya atılan bütün argümanlara cevap vermiş ve münazarayı kazanmış sayılıyordu.
Solvay Konferansı ve katılan bilim insanları.
Einstein hala kuantum teorisinde birtakım yanılgıların olduğunu düşünüyor, bunu ispatlamak için canla başla çabalıyordu. Takvimler 1933 yılını gösterdiğinde Princeton’a yerleşen bilim insanı, kuantumun potansiyel kusurlarını bulabilmek maksadıyla Boris Podolsky ve Nathan Rosen ile çalışmaya başladı. birlikte yaptıkları uzun periyodik çalışmalar sonucunda kuantum fiziğinde bir bilinmezlik ortaya çıkardılar. EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) paradoksu ismi verilen bu kuramda, parçacıklar içinde imkansız denilebilecek cinsten bir irtibat keşfedildi. Birkaç parçacığın gerçek dünyada eşleşen davranışlar sergileyebileceğini buldular.
EPR paradoksunu örnekleyecek olursak, her biri birer metre aralıkla başka ayrı kapların altında bulunan iki parçacık düşünün. Matematiksel olarak bu kapların birinin altında bulunan parçacığın bulunup, bakılması öbür kabın da altındaki parçacığın eşleşen yapılara sahip olduğunu ortaya çıkaracaktı. Einsten buna kendi değimiyle “uzaklıkta ürkütücü eylem” diyecekti. EPR paradoksu Einstein’in en çok araştırılan çalışmalarından bir tanesiydi ve biroldukça fizikçi bu paradoksu çözüp bilimezlikten kurtarmak için çalışmıştı. Sanki Eintesin’ın tezi mı doğruydu yoksa Bohr’un teorisi mi?
Kuantum mekaniğindeki bu devasa çarpıklığa karşın günümüzde teorinin başarılı olduğunu görüyoruz. 1940 yılında lazerlerin keşfi ve paralel eksende günümüz işlemcilerin temelinde yatan transistörlerin geliştirilmesi kuantum teorisinin baştan “doğru” olduğu var iseyılarak gerçekleştirildi. 1960 senelerına kadar bu karışıklığa nitekim bir karşılık bulunamamıştı.
EPR Paradoksu hakkında görsel. – Fotoğraf Kaynağı: Vikipedi
Pekala ya kuantum bilgi sürecin üstünlüğünü daha da tesirli değerlendirebilmek için Shor algoritması ile Grover’i birleştirsek ne olur diye hiç düşündünüz mü? N bitlik bir parolayı (n burada rastgele bir sayıyı söz eder) kırmak istediğimizi düşünelim. Klasik bilgisayarların bu şifreyi kırabilmesi için parolanın bütün mümkün kombinasyonları denemesi gerekir. Yani her insanın bildiği kaba kuvvet saldırısı yapılır. Şayet N-kübitlik bir kuantum sistem kullanıyorsak teorik manada bütün kombinasyonları birebir anda bilgisayarımızla keşfedebiliriz. Bu süperpozisyonun sayesinde gerçekleşir.
çabucak sonrasındasında ise bulduğumuz bütün bu kombinasyonları elemek ve hakikat olanı ayırt etmek için Grover algoritmasını kullanabiliriz. Hangi bit dizesinin şifreyi kıracağı bu biçimdece çok yüksek bir olasılıkla bulumuş olunur.
Tabi şunu da unutmamak gerekir ki kuantum bilgisayarların tek emeli kriptografik yapıları bozulmaya uğratmak, şifreleri kırmak değildir. Kuantum bilgisayarlar sayesinde bununla birlikte günümüzdekinden epeyce daha kuvvetli şifreleme altyapıları da oluşturabiliriz. Bir kuantum sisteminde diğerleri tarafınca izlenip izlenmediğimizi anlamak emeliyle dolaşıklık özelliğinden faydalanabiliriz en sıradaninden. Dolanık kuantum parçacıkları mantıken tıpkı davranışı sergilemesi gereken yapılar olduğu için bilginin diğerlerince yakalanması transferin yapıldığı parçacıkların özelliğinin değişmesine yol açar. Bu biçim teknolojiler altyapı güvenliğini daha yeterli hale getirmek için günümüzde daha farklı biçimlerde uygulansa da kuantum üzere olmuyor. Kuantum bazlı internetin ne kadar inançlı olabileceğini hayal edin.
Ancak, biraz üzücü olacak ancak kuantumu bu türlü kullanıp çeşitli algoritmalardan faydalanabilmemiz için yüzlerce kararlı kübite gereksinimimiz var, bu da on yıllar boyunca daha çalışmamız gerektiği manasına geliyor. Bilim adamları ve fizikçiler bu karmaşık sistem içerisinde kuantumun üstünlüğünü gösterebilecek, uzun vadeli olmayan NISQ yapılarla daha epeyce ilgileniyor. VQE (Variational Quantum Eigensolvers) ve QAOA (Quantum Approximate Optimization Algorithm) üzere yapılar ise kuantum hesaplamaların yakın vakit içerisinde potansiyelini kullanabilmek maksadıyla geliştiriliyor.
Pekala bize kuantumun şimdilik yararı ne? Aslında hala klasik bilgisayar çağındayken kuantum algoritmalarına yönelik araştırma yaparak halihazırda kullanmış olduğumuz algoritmaların daha gelişmişini keşfedebiliyoruz. bu biçimdece kuantum işlemciler tasarlanana kadar yan teknoloji transferiyle daha farklı alanlarda bilimsel manada muvaffakiyetler elde edilebiliyor.
Kaynak