Bilgisayar sistemlerinin kullanımı arttıkça kullanıcıların ihtiyaçları da arttı. Bilgisayarların insanlar tarafından kullanımı da hayatı kolaylaştırmanın yanı sıra hızlandırmaya da başladı. Özellikle iş dünyasında kullanımın artmasıyla birlikte bilgisayar ihtiyaçlara cevap veremez hale geldi. Sistem geliştiricileri, zaman geçtikçe teknolojilerini geliştirdiler. Gelişmeler, özellikle finans, tıp güvenliği, havacılık, güvenlik ve uzay bilimlerinde hızlı olmuştur.
İleri teknoloji gerektiren bilimsel problemlerin çözümü için modern bilgisayarlara duyulan ihtiyaç, zaman içinde giderek daha fazla önem kazanmıştır. 1980'lerin başında araştırmacılar, kuantum bilgisayar tekniklerinin zor problemlerin hızlı bir şekilde çözülmesini mümkün kıldığını fark ettiler. Aşağıdaki zaman diliminde bilim adamı Richard Feynman, geleneksel bilgisayarlarda çözülmesi uzun zaman alan sorunların kuantum bilgisayar sistemi kullanılarak çözülebileceği fikrini ortaya koydu. 1994 yılı, Amerikalı bilim araştırmacısı Peter Schroer'in kuantum hesaplamayla ilgili denklemlerinin çok büyük bir yardımı olduğunu gördü.
Kuantum bilgisayarlar ilk olarak matematik Profesörü Peter Shor'un keşiflerine dayanarak geliştirildi. Araştırma, kuantum bilgisayarların gelişimi üzerine çok sayıda teknoloji şirketi ve üniversitenin laboratuvarlarında yürütülüyor. IBM, Microsoft, Google, Airbus, Nokia, Mitsubishi, Nec, Volkswagen, HP, Rigetti, Biogen ve Amgen gibi firmaların teknoloji departmanlarında kuantum bilgisayar araştırmaları devam ediyor. Aslında firmaların geliştirme sürecinde çok fazla fikir birliğine sahip oldukları söylenebilir.
Kuantum Bilgisayar Nedir?
Şimdiki zamanda çözülmesi basit görünen bir dizi soruna tek bir faktör eklenirse, bunlar ayrılmaz bir şekilde bağlantılı hale gelebilir. Örneğin, "A veya B kişisi ormanlarda hangi iki yoldan birini seçmeli" sorgusunu çözmek basit olabilir. Ancak, C ve D insanları aynı iki kişilik grubun parçası olduğunda, cevap şöyle olur: daha zorlu. Milyonlarımız olduğunu varsayalım, çözüme ulaşmak binlerce yıl alabilir.
Kuantum bilgisayarlar, geleneksel bilgisayarlardan çok daha hızlı çalışan süper pozisyon ve dolaşma bileşenlerine dayanmaktadır. Kuantum bilgisayarların soğutma maliyeti son derece pahalıdır. Onları sıfıra (-273.14 santigrada) yakın olacak şekilde soğutmak birçok sorun yaratır. Bu nedenle, araştırma ülkeleri önemli bütçeler ayırmak zorundadır.
Geleneksel bilgisayarlar günlük görevler için mükemmeldir. Kuantum bilgisayarların gerçekleştirdiği aynı şeyleri yapamazlar. Kuantum bilgisayarlar, uzay, ilaç ve güvenlik sektörlerinin yanı sıra havacılık ve uzay işlevlerini daha verimli ve daha fazla güvenilirlikle yerine getirebilir. Basit bir karşılaştırma yapmak gerekirse, kuantum bilgisayarlar hızlı bir Word programını kullanamazlar. Bununla birlikte, ilaç denemeleri ve uzay endüstrisi için ihtiyaç duyulan simülasyonları en verimli ve en hassas şekilde gerçekleştirir.
Kuantum bilgisayarlar, özellikle bireyler tarafından kullanılmak üzere tasarlanmadıkları için satışa hazır değildir. Kuantum bilgisayarlar, laboratuvar ortamlarında araştırma ve geliştirme çalışmaları yürütmek için kullanılır.
IBM'in Microsoft Azure Quantum platformu gibi Microsoft Azure Quantum platformu, kullanıcılara kuantum bilgisayarlara erişim sağlar. Ancak Google, kuantum bilgisayara erişim satmıyor. Ancak Amazon Web Services, müşterilerinin IonQ, Rigetti, D-Wave gibi satıcılardan gelen donanımlara bağlanmasına olanak tanıyan Amazon Braket'i tanıttı. Bununla birlikte, kuantum hesaplama cihazlarının önümüzdeki yıllarda özel kullanıma açık olmaması muhtemeldir.
Kuantum Bilgisayarları Nasıl Çalışır?
Basit bir deyişle, Kuantum bilgisayar gelişmiş bir süper hesap makinesidir. Süper iletken devreler, elektron fotonları ve diğer tüm kuantum fenomenleriyle ilgili zor sorunları çözer. Fizik. Kuantum bilgisayarın temelini oluşturan matematik, fizik ve bilişim önemli araştırmaları gerçekleştirmeye devam ediyor.
Kuantum hesaplama işlevleri, kuantum bitlerini ve atom altı parçacıkları kullanarak. Kübit olarak da bilinen kuantum bitleri karmaşık bir yapıya sahiptir. O kadar hassastırlar ki çevrelerindeki en küçük değişiklikleri bile kaydedebilirler. Kuantum bilgisayarlar mevcut tüm sinyalleri kaydeder ve çevresel paraziti ortadan kaldırır. Böylece hatasız hemen çalışabilirler.
Sonuçları hesaplarken süper pozisyon kübitlerini temel alan bilgisayar, hataya izin vermeyecek şekilde çözüm üretir. Klasik bilgisayarlar 1 veya 0 transistorlarını kullanır. Verileri 1 ve sıfır değerlerine sahip bitleri kullanarak kodlarlar. Bu nedenle, yetenekleri sınırlıdır. Kuantum bilgisayarları ise sistem, sıfır ve bir sayıları üst üste bindirilebilecek şekilde çalışır. Bağlanan kuantum bilgisayarlar, bilgi işlem gücünü katlanarak artırır.
Kuantum bilgisayarın geliştirilmesiyle ilgili en büyük sorunlardan biri, kübitlerin son derece kırılgan olmasıdır. Kübitler çevrede bulunan parazitlerle temas ettiğinde uyumlulukla ilgili sorunlar ortaya çıkabilir. Uyumsuzluğa neden olan süreç, kübitlerin kuantum yapılarını da değiştirebilir. Algoritmanın tamamlanma sürecinden önce bir uyumsuzluk tespit edilirse, saklanan tüm veriler silinebilir.
Günümüzde geliştirilmekte olan kuantum işlemciler tipik olarak 60 kübiti aşmaktadır. Ancak güvenilir ve kararlı bir işlemci yapmak için 1000 kübite sahip olmak gerekiyor. Kuantum hesaplama oldukça uzun bir yol kat etti. 10004'te bir hata payı olan bir sistem geliştirilmiştir.
Kuantum hesaplamadaki diğer bir konu da, bunların düzgün bir şekilde izole edilmeleri gerektiğidir. Ancak güvenilir bir izolasyon sistemi çok büyük bütçeler gerektirecektir. Bu tür bir yalıtım ancak çok soğuk sıcaklıklarda mümkündür. Ancak bu tür bir izolasyon, insanların yaptığı hesapların sonuçlarını belirlemenin zorluğu olan bir başka sorunu da beraberinde getirmektedir. Kalite yalıtım kontrolü, bunu zorlaştırabilecek başka bir unsurdur.
Kübitlerin uyumluluk ve kararsızlık sorunlarının çözümüne Majorana Parçacığı denir. Ancak bilim adamları, bu parçacığın varlığı konusunda henüz fikir birliğine varamadılar. İtalyan bilim adamı Ettora Majorana, 1937'de kendi karşıt parçacıklarına sahip temel parçacıkların var olduğunu keşfetti. Ancak bilim adamı, araştırmasını tamamlama şansı bulamadan ortadan kayboldu. Werner Heisenberg ile birlikte yaptığı kuantum deneyleri sırasında yarattığı bir nükleer bomba varmış gibi kaçırıldığına veya öldürüldüğüne inanılıyor.
Microsoft, etkili ve sağlam bir kuantum bilgisayar oluşturmak için Majorana parçacıklarını kullanarak uzun süredir çalışıyor. Ne yazık ki, bu deneyler on yıllar boyunca tatmin edici bir sonuç vermedi.
Kuantum Bilgisayarları Neden Üstündür?
Olumsuz araştırma sonuçlarına rağmen kuantum bilgisayarlar, bilgisayarların üstesinden gelemediği sorunları çözebilmektedir. Teoride, Peter'ın algoritması kusursuz. Bununla birlikte, gerçekte algoritma, muazzam bir sayıyı işlemek için milyonlarca kübit gerektirir. Ancak bu bugün için mümkün değil.
Ancak buna rağmen, 2019'da Google aracılığıyla oluşturulan 53 kübitli kuantum bilgisayar, geleneksel bilgisayarların birkaç dakika içinde çözebileceği bir sorunu çözebilir. Buna karşılık IBM, bu yeni teknolojiyle karşılaştırıldığında, geleneksel bilgisayarların aynı sorunu binlerce yıl değil, sadece birkaç gün içinde çözebileceğini iddia etti. Çinli bir kuantum bilgisayar şirketi, geleneksel bilgisayarların sadece 8 yılda tamamlayabileceği sorunu iki saatte çözebilecek kuantum bilgisayarları ortaya çıkardı.
Kuantum Bilgisayarları Nerelerde Kullanılır?
Siber saldırılara karşı tamamen güvenli olduğu düşünülen kuantum bilgisayarlar, özellikle kanser tedavilerinin geliştirilmesi için simülasyon teknikleriyle birlikte kullanılıyor. Kuantum bilgisayarlar, akışkan simülasyonlarında, finans endüstrisinde, uzay ve güvenlik endüstrisinde ve verileri analiz eden şirketlerde kullanılmaktadır. Ek olarak, hava tahminleri için düzenli olarak kullanılır. Kimyasal sensörler kullanarak suyu temiz tutmak gibi görevleri yerine getirebilirler.
Yapay zeka teknolojilerindeki ilerlemede önemli bir rol oynayabilirler. Finansal hesaplamalara daha doğru ve hızlı raporlar alınmasını sağlayacaktır.
Kuantum bilgisayarlar günümüzde ticari veya kişisel alanlarda kullanılmamaktadır. Ancak finans için ilaç geliştirme makine öğrenmesi, finansta makine öğrenmesi gibi görevleri yerine getirebilen kuantum bilgisayarlar gelecekte hayatımızın bir parçası olacak. Google gibi teknoloji şirketlerinin çabaları sayesinde IBM ve Microsoft araştırmacıları, kuantum bilgisayarlarla en karmaşık sorunlara çözüm bulabilecekler.