Dünyada sadece birkaç tane kuantum bilgisayar üreticisi var. Bu firmaların ya da resmi kuruluşların isimlerine ise hiç alışkın değiliz. Zira kuantum bilgisayarlar, “henüz” tüketicilere yönelik üretilmiyorlar. Günün birinde seri olarak üretilip satılacaklar, yine o günler gelene dek, tıpkı daha önce ilk kişisel bilgisayarlarda olduğu gibi çok az kişi nasıl çalıştıklarını bilecek.
IBM'in kuantum bilgisayarı Q
Kuantum bilgisayar nedir?
En net haliyle: Kuantum bilgisayarlar, kuantum mekaniğini kullanan bilgisayar türüdür, herhangi bir sıradan bilgisayardan çok daha yüksek ve verimli işlem gücüne sahiptirler.
Hala net değil, biliyoruz. Gelin yavaş yavaş olayı size açıklamaya devam edelim. Free Code Camp’ten esinlendiğimiz çok işe yarar bir örnekle devam edelim. Öncelikle -kuantum olmayan- klasik bilgisayarlarla işe başlayalım, temel bilgisayar özelliklerine bakalım:
Klasik bilgisayarlar, 0’lar ve 1’lerden oluşan diziler halinde bilgi depolarlar. Bu sayılarla şu an ekranda gördüğünüz bütün bilgiler size oluşur, videolar izlenir, resimler görüntülenirler.Her 0 ve 1’in bulunduğu birime “bit” adı verilir, bitler içerisindeki değer 0 ila 1 arasında değiştirilerek bilgi depolanır.
Intel'in klasik bilgisayar işlemcisi
Peki kuantum bilgisayarlar nasıl bilgi depolar?
Klasik bilgisayarların aksine kuantum olanlar, bit birimlerini kullanmazlar. Bunun yerine onlar “kübit” adı verilen birimlerle bilgi depolarlar. Her kübit, 1 veya 0 ile ayarlanabileceği gibi, aynı anda 1 ve 0 ile de ayarlanabilir. Peki bu ne demek?
Her 1’i EVET, her 0’ı HAYIR olarak varsayarsak, klasik bilgisayarlar EVET “veya” HAYIR seçenekleriyle bilgi depoluyorlar. Kuantum bilgisayarların kübitleri ise EVET “veya” HAYIR seçeneği ile birlikte, aynı anca EVET “ve” HAYIR seçeneğini içerebiliyorlar.
Bir kuantum bilgisayar işlemcisi
Hala karmaşık olduğunu biliyoruz, daha iyi bir örneğe geçelim:
Hikayeye göre bir seyahat acentesi işletiyor olun, bir grup insanın bir yerden başka yerlere gitmesini sağlayan kişi olun. Acentenize 3 arkadaş gelsin, bunların adı da sırayla Ali, Veli ve Osman olsun. Bu arkadaşları istedikleri yere göndermek için iki taksi ayarladığınızı varsayalım. Kimin hangi taksiye bineceğini de öğrenmeniz gerekiyor. Grup mecburen bölünecek ve bir kişi tek başına seyahat edecek.
Kimin yalnız gideceği, kimin daha az sevildiğini, grubun içinde hangi ikilinin daha samimi olduğunu göstersin. Ali ve Veli aynı taksiye binmeye karar versinler, Osman ise tek başına yolculuk yapsın. Bu durumda elimizdeki bilgiler şu şekilde olur:
- Ali ve Veli arkadaş,
- Ali ve Osman düşman,
- Veli ve Osman düşmandır.
İlk önce sorunu klasik bilgisayarla çözelim:
İki taksiyi Taksi#1 ve Taksi#0 olarak adlandıralım
Yukarıda size üç satır bilgi vermiştik. Amacımız, bir araç içerisindeki dost sayısını maksimum, düşman sayısını da minimum tutmak.
Her insan, aralarındaki ilişkiden bağımsız olarak 2 taksi seçeneği olduğundan, 3 kişinin 2 taksiye bölünmesi için 8 farklı ihtimal elde ederiz. O ihtimaller de şöyle sıralanır:
Elimizdeki 3 bitlik bilgiyle bu seçeneklerden herhangi birisini uygulayabiliriz, ancak bizim bir amacımız vardı. Bir araç içindeki dost sayısını olabildiğince yüksek, düşman sayısını da olabildiğinde az tutmak zorundayız. Dolayısıyla yukarıdaki 8 ihtimal arasından en iyilerini seçmek gerekiyor. Bunun için de o ihtimaller, aşağıdaki formülle puanlandırıyoruz:
(Aynı arabayı paylaşan dost sayısı) - (Aynı arabayı paylaşan düşman sayısı) = Puan
Örnek: Ali, Veli ve Osman aynı arabaya bindiklerinde 111 kombinasyonunu ele alırız. Bu ihtimalde aynı araç içinde 1 dost çift, 2 düşman çift bulunur. Dolayısıyla ihtimalin puanı, yukarıdaki formüle göre 1-2= -1 olur.
En iyi seçeneği bulmak için her ihtimali hesaplamak gerekir. Klasik bilgisayarlara göre bu hesaplama şu şekilde puanlanır:
Gördüğünüz üzer 3 bitlik bilgiyi ancak ve ancak 001 ve 110 kombinasyonuyla programlarsak amacımıza ulaşıyoruz. Yani amaca uygun sadece 2 ihtimalimiz var.
3 yolcu ile hesapladığımız ihtimal sayısı 8 oldu. Peki ya 4 yolcu olsaydı? O zaman 16 ihtimal hesaplayacaktık. 5 yolcu olsaydı 32, 6 yolcu olsaydı 64, 7 yolcu olsaydı 128 itimali (biti) hesaplayacaktık.
Eğer 100 yolcumuz olsaydı, bunları taksiye değil de iki otobüse bindirmeye kalksaydık, 1 nobilyon ihtimal hesaplamamız gerekecekti. Yani şu kadar:
1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 !!!!!!!!!
ÖLME EŞEĞİM, ÖLME.
İşte kuantum bilgisayarlar tam da burada devreye giriyor. Gelin aynı sorunu kuantum bilgisayarlarla çözelim:
Hikayenin en başına, 3 arkadaşı 2 taksiye bölme aşamasına dönelim, bu kez elimizde bir kuantum bilgisayar var. Daha önceki 8 olası çözümü hatırlayalım:
Klasik bilgisayarlarda bu 3 bitlik bilgileri kullanarak yalnızca her seferde birisini hesaplayabildik. Hatırlatma: Kuantum bilgisayarlarda bit değil, kübit vardı. Yani artık elimizde 3 kübitlik bilgi var. Klasik bilgisayarlar aynı anda sadece bir 3 bitlik kombinasyonu hesaplarken, kuantum bilgisayarlar aynı anda pek çok bilgiyi hesaplayabilir.
Bunu bulunduğunuz evrenin yanında var olan bir paralel evren olarak hayal edebilirsiniz. Evrenlerden birisinde Ali ve Veli aynı taksiye binerlerken, diğerinde Ali ve Osman aynı taksiye biniyor. Elimizde 8 farklı kübit olduğu için, bu kübitler bize 8 farklı paralel evren sunar.
Yani kuantum bilgisayarlardaki her bir hesaplanacak kübit kendi evrenine sahip olur. Bu kez aşağıdaki tablonun her bir satırını birbirlerine paralel olan, farklı ihtimallerin yaşandığı evrenler olarak varsayın:
Aynı anda tüm evrendeki ihtimalleri kuantum bilgisayarlarla hesaplayabilirsiniz. Klasik bilgisayarların tüm ihtimalleri sırayla hesapladıklarını düşünürsek, ne kadar ihtimal varsa zamandan o kadar tasarruf ediyoruz demektir.
Tüm ihtimalleri kuantum bilgisayarlarla aynı anda puanlayabiliyoruz. Daha önce ulaştığımız 001 ve 110 ihtimallerine tekrar ulaşıyoruz. Unutmayın, 8 katı kadar daha kısa sürede bu sonuca ulaşabiliyoruz.
Her şey tamam da ne işe yarayacak bu kuantum bilgisayarlar?
Her bir potansiyel cevap için aynı anda hesaplama yapan bilgisayarlardan söz ediyoruz. Milyarlarca, desilyonlarca ihtimali aynı anda hesaplayan bilgisayarlar. İhtimal sayısı arttıkça, klasik bilgisayarlara kıyasla daha çok zaman kazandıran bilgisayarlar... Kullanım alanlarının kesinlikle sınırları yok.
Gelişmiş bir kuantum bilgisayar, evren simülasyonlarını çalıştırabilir. Hiç bilmediğimiz dünyalar hakkında verileri bu bilgisayarlarla işleyerek, neye benzedikleri hakkında fikir sahibi olabiliriz. Kuantum bilgisayarlar, gelecekte sanal dünya mimarilerinde kullanılabilirler.
Üstelik sorunlar, kuantum bilgisayarlar aracılığıyla sadece 1 en iyi çözüme ulaşmazlar. Aynı anda yapılan hesaplamalarla, birden fazla en iyi sonuç elde edilebiliyor. Bu sonuçlar insanlığa, insanlığın geliştirdiği bir teknoloji tarafından armağan ediliyor.
- Peki siz bir insan olarak, aynı anda en fazla kaç işlem yapabiliyorsunuz?
