Kuantum Bilgisayarlar Nasıl Çalışır?

Klasik bilgisayarlar tüm işlemlerini 1 ya da 0 değerini alabilen klasik bitlerle yaparlar. Bir kuantum bilgisayar ise kuantum bitlerini yani kübitleri (qubit) kullanır. Kübit olarak kullanılanılabilecek bir dizi fiziksel nesne vardır. Örneğin bir atom çekirdeği, bir foton ya da bir elektron kübit olarak kullanılabilir. Kuantum bilgisayarları işlem gücünü işte bu kübitlerden alırlar.

Peki bir elektron nasıl bir kübit olarak çalışır?

Bütün elektronlar manyetik alana sahiptir. Yani birer küçük mıknatıs gibi davranır ve bu özellikleri spin olarak adlandırılır. Bir elektronu manyetik alana sokarsanız; manyetik kuvvetin etkisiyle manyetik alan doğrultusunda yön değiştirirler. Yani ya spin up ya da spin down durumunda bulunur ve klasik bitlerdeki 0 ve 1 gibi iki durum sağlamış olur.

Kübitlerin klasik bitlerden farkı ne?

Klasik bitler sadece 0 ya da 1 gibi tek bir tek bir olası durumda olabilirken kübitler aynı anda hem 1 hem de 0 değerini alabilir. (spin up ve  spin down) Kuantum fiziğinde buna süper pozisyon veya üst üste bindirme özelliği deniyor. Klasik bilgisayarla Kuantum bilgisayarların farkı da işte burada başlıyor; Aynı anda birden çok durumda bulunabilme avantajı .

Basit bir örnekle açıklarsak eğer; bir labirentte kapana kısıldığınızı hayal edin.Labirentteki tek çıkışı bulmak için çok sayıdaki seçenekleri tek tek denemek gerekir. Klasik bilgisayarların yaptığı hemen hemen bu şekildedir, bunu çok hızlı bir şekilde yapmalarına rağmen tek seferde yalnızca bir işlem yapabilirler tıpkı sizin çıkışı aramanız gibi. Ama bütün olasılıkları aynı anda deneyebildiğinizi hayal edin , hikaye tamamen değişir . Kuantum bilgisayarları süperpozisyon ve dolaşıklığı kullanarak bu yöntemle çalışır. Paralel işlem kapasitesi sayesinde aynı anda yüzlerce hatta belki milyonlarca hesaplama işlemini yapabilir ve bu da bilgisayarı muazzam bir hıza ulaştırır.

Kuantum bilgisayarın avantajları neler ?

-Atomik ölçüdeki fiziksel nesnelerle çalıştığı için çok çok küçük alan kaplarlar (karşılaştırma yapacak olursak bir insan tırnağı boyutundaki kuantum bilgisayar bir futbol sahası büyüklüğündeki veri işlem merkezinin yapabildiği işi yapabilecek)

-Kuantum bilgisayarlarda süper iletkenler kullanıldığı için son derece az enerji tüketiyor. (Mesela kuantum bilgisayar 15,5 kW/saat elektrik kullanırken Tianhe-A süper bilgisayarı 4,04 Megawatt elektrik tüketiyor)

– Kuantum bilgisayarlar paralel işlem yapıyor. Bu nedenle klasik bilgisayarda, örneğin bir notebookta çözmesi 100 gün alacak bir problemi kuantum bilgisayar 1 saniye içinde çözebiliyor.

Dezavantajları neler ?

-Kuantum bilgisayarlardaki süperpozisyon durumunun oluşabilmesi için kullanılan elektronların çevreden çok iyi izole edilmiş olması gerekiyor . Bir elektron çevreyle etkileşime girer girmez (örneğin elektrona baktığınızda ) süperpozisyon durumu çöküyor.

– Elektronlar çok aktif olduklarından dolayı kuantum bilgisayarlar oda sıcaklığında çalışmaz , düzgün çalışması için elektronların soğutulması gerekir . Bir kuantum bilgisayarın içi uzay boşluğundan 150 kat daha soğuk tutulmak zorundadır bu yüzden (mutlak sıfırın hemen üzerinde sadece 0,02 Kelvin derecedir, yaklaşık -273 santigrat).

– Benzer şekilde elektronun manyetik olarak izolesi için bilgisayarın içi dünyanın manyetik alanından 50 bin kat daha zayıf  durumda tutulmak zorunda.

‘Kuantum bilgisayarlar atomdan bile küçük işlemcilere çalıştığı için bu sistemlerde elektronları soğutarak süper pozisyona sokmak ve bu elektronlardan oluşan farklı qubitlerin birbiriyle dolaşıklığa girmesini sağlamak çok büyük bir mühendislik sorunu. Bu yüzden bir kuantum bilgisayar üreticisi olan D-Wave şirketi  2007 yılında kurulmasına karşın, ilk kuantum bilgisayarı ancak 2011 yılında üretebildi.’

Sonuç olarak kuantum bilgisayarlar klasik pc lerin yerini almayacak .Bu bilgisayarlar klasik bilgisyarların yapamadığı veya yavaş yaptığı şeyleri yapabilmek için geliştirilmekte . Şimdilik sadece test amaçlı kullanılan ve test aşamasında olan bu bilgisayarlarla , belki de insanlık  ileride yapay zekanın üretimi , marsa ilk insanlı uçuş  gibi büyük projeler geliştirir kim bilir…

KAYNAKÇA;

• http://khosann.com/kuantum-bilgisayar-klasik-bilgisayara-karsi-d-wavein-kuantum-bilgisayari-ne-kadar-hizli-ve-ne-kadar-akilli/
• http://www.dwavesys.com/
• http://www.popsci.com/google-and-nasa-score-new-quantum-computer